Нагрев бензина без кислорода: какие условия необходимы для его воспламенения

Процесс горения топлива

Горением называется взаимодействие горючих веществ с кислородом воздуха. Процесс горения может происходить только при высокой температуре и, как правило, сопровождается выделением определенного количества тепла. Если пламя свечи покрыть стаканом, то она начнет дымить и затем погаснет. Горение прекратится потому, что весь кислород воздуха в стакане израсходовался, а без кислорода горение происходить не может. Если кусок дерева поместить в сосуд с кислородом — он гореть не будет, так как сосуд не нагрет. Горючие части топлива— углерод и водород — могут соединяться с кислородом, только в сильно нагретом состоянии. Следовательно, без высокой температуры топлива горение происходить не может. Для воспламенения дерева, например, нужно, чтобы его температура была не ниже 300°, для каменного угля — 600°.

Как происходит обычная растопка печи? Сложенные в печи дрова окружены кислородом, поступающим в виде потока воздуха через топочную и поддувальную дверцы.

Однако даже сухие дрова нельзя зажечь одной спичкой, небольшое пламя которой не в состоянии сильно нагреть полена. Сначала спичкой зажигают растопку (мелкую лучину или бумагу), а от е& пламени нагреваются и загораются дрова. Чтобы горение происходило непрерывно, в печь все время должен поступать кислород (воздух). Если количество воздуха слишком велико, то топливник будет охлаждаться, а горение — ухудшаться, так как для хорошего горения необходима высокая температура. Поэтому нельзя топить печь с широко открытой дверцей.

Если же количество воздуха, а следовательно, и кислорода недостаточно, то происходит так называемое неполное горение— дрова тлеют и горят темно-красным пламенем, выделяя большое количество густого черного дыма, в котором уносятся частички топлива, не сгоревшего из-за недостатка кислорода. В дымооборотах печи и в дымовой трубе эти частички осаждаются в виде сажи. Для того чтобы воздух проникал во всю толщу топливного слоя и обеспечивал кислородом всю поверхность горения, печи оборудуют колосниковыми решетками и поддувалами.

Если поддувала нет и воздух попадает через топливную дверцу, то он омывает только передний ряд дров, поднимается кверху и уходит в дымоход, не соприкоснувшись с задними рядами дров. Поэтому дрова полностью не сгорают. Печи без поддувала и колосниковой решетки гораздо хуже используют сгорающее топливо. Внешними признаками полного сгорания топлива являются: соломенно-желтый цвет пламени в топливнике и белый или прозрачный дым. При полном сгорании сажа почти не откладывается на стенках дымооборотов и дымовой трубы. Нормальный процесс горения протекает при высоких температурах: для дров 800—900° и для каменного угля 900— 1200°. Эти температуры обеспечивают непрерывность горения, если кислород в топливники подается также непрерывно.

При полном сгорании углерода 1 весовая часть его соединяется с 2 весовыми частями кислорода воздуха и дает в результате 1 весовую часть нового газа, называемого углекислым газом или углекислотой. Этот газ, не имеющий цвета и запаха, не горит и не поддерживает горение.

При неполном сгорании углерода образуется окись углерода. Этот газ может гореть при высокой температуре. Окись углерода ядовита. Небольшое содержание ее в воздухе помещения может вызвать серьезное отравление и даже смерть людей; в быту окись углерода называют угаром. Внешним признаком выделения окиси углерода служат синенькие короткие огоньки поверх слоя углей. При сгорании водорода 2 весовые части его соединяются с 1 весовой частью кислорода, образуя водяной пар, который уносится в дымовую трубу. Если температура отходящих газов низка или стенки дымовой трубы сильно охлаждены, то и водяные пары охлаждаются и оседают на стенках в виде капель воды (иногда смешанной с несгоревшими частицами топлива). Это явление называется конденсацией водяных паров. Пии постоянной конденсации ухудшается тяга. Стенки трубы отсыревают и она постепенно разрушается.

Из этого следует, что нельзя допускать чрезмерного остывания дымовых газов; температура их не должна быть ниже 125—150°. Дымовые газы представляют собой смесь продуктов сгорания топлива из углекислоты, окиси углерода, водяных паров, остатков несгоревших частиц топлива (сажи) и иногда паров серы.

виды топлива, контроль качества и технологии заправки

Каждый день в мире выполняется более 100 тысяч авиарейсов. В год мировая авиация потребляет около 300 млн тонн топлива. Эти цифры прекрасно отражают масштаб и сложность системы авиатопливообеспечения. Системы, от надежной работы которой во многом зависит безопасность миллионов людей, пользующихся авиатранспортом

Чем заправляют самолеты

Топливо для самолетов бывает двух видов. Поршневые двигатели, которыми оборудуются небольшие самолеты и вертолеты, работают на бензине — так же, как и автомобильные моторы. Правда, по составу такое топливо несколько отличается от автомобильного. Газотурбинные двигатели (турбореактивные и турбовинтовые), которыми сегодня оснащены практически все коммерческие воздушные суда, потребляют топливо для реактивных двигателей, которое также называют авиакеросином.

Основная марка авиакеросина, которым в России заправляют почти все пассажирские, транспортные и военные дозвуковые самолеты и большую часть вертолетов — ТС-1 — топливо сернистое. Оно вырабатывается из нефти с высоким содержанием серы.

В Европе основа системы авиатопливообеспечения — керосин Jet A-1. Он считается более экологичным как раз за счет меньшего содержания серы — при его производстве прямогонная керосино-легроиновая фракция полностью проходит процедуру гидроочистки. Российский авиакеросин — это смесь гидроочищеного и неочищенного прямогонного дистиллятов. В целом же это аналоги — более того, отечественный продукт может использоваться при гораздо более низких температурах, чем «Джет». ТС-1 сегодня наравне с Jet A-1 включен в международные документы и руководства по эксплуатации не только самолетов российского производства, но и лайнеров семейств Airbus и Boeing (правда, только выполняющих полеты по России). Но это авиакеросин для гражданской авиации, не предназначенный для сверхзвуковых самолетов.

«Газпром нефть» запустила НИОКР по созданию неэтилированного авиационного бензина. Вместе с учеными из Всероссийского научно-исследовательского института нефтяной промышленности специалисты компании в 2014 году занялись разработкой рецептуры неэтилированного топлива с октановым числом 91, и сейчас эта работа уже завершена.

Основное авиатопливо для сверхзвуковой авиации — РТ. При его производстве с помощью гидроочистки из нефтяного дистиллята удаляются агрессивные, а также нестабильные соединения, содержащие серу, азот и кислород. При этом повышается термическая стабильность топлива, что крайне важно при полетах на сверхзвуковых скоростях, когда за счет трения о воздух нагревается весь корпус самолета, а вместе с ним и топливо в баках.

Разумеется, РТ, обладающее такими характеристиками, можно использовать и в обычных воздушных судах вместо ТС-1. Для самых же скоростных самолетов применяется авиакеросин Т-6, обладающий еще большей термостабильностью и повышенной плотностью.

Что касается авиабензина, то это, по сути, автомобильное моторное топливо, но с улучшенными свойствами, влияющими на надежность работы двигателя. Именно потребность в повышении детонационной стойкости, октанового числа, сортности, обеспечивающих запас динамических характеристик и надежности, заставляет производителей авиабензина добавлять в него тетраэтилсвинец (этилировать).

Из-за токсичности эта присадка давно запрещена при производстве автомобильного бензина, но двигатель самолета работает в гораздо более напряженном режиме, а создать неэтилированный авиабензин, не уступающий по характеристикам этилированному, октановое число которого превышает 92–95, пока не удалось никому.

При этом самым современным и совершенным самолетам и вертолетам с поршневыми двигателями нужен авиабензин с повышенным октановым числом — не меньше 100. Поэтому разработкой экологичных аналогов этилированного авиабензина 100LL (одна из самых востребованных марок в мире) сегодня занимаются ведущие производители и научные центры во всем мире. В том числе подобная программа существует и у «Газпром нефти».

100 тысяч авиарейсов выполняется в мире каждый день

Заправка в крыло

Правильная организация заправки даже одного воздушного судна — процесс сложный и при этом очень ответственный. Инцидентов и катастроф, причиной которых стала некачественно организованная заправка, к сожалению, в истории мировой авиации произошло немало. Достаточно вспомнить аварию 2000 года, когда у Ту-154 авиакомпании «Сибирь», летевшего из Краснодара, при посадке в Новосибирске отказали все три двигателя. Как показало расследование, топливные насосы просто забило частицами эпоксидного покрытия, кустарно нанесенного на внутренние стенки топливозаправщика умельцами одного из краснодарских ремонтных предприятий. Но если в этом случае благодаря профессионализму пилотов обошлось без жертв, то в Иркутске при падении гигантского транспортника Ан-124 на жилые дома в 1997 году погибли 72 человека. Одна из версий причины отказа трех двигателей «Руслана» из четырех — превышение содержания воды в авиационном топливе, которое привело к образованию кристаллов льда, забивших топливные фильтры. Чтобы такого не случалось, весь процесс заправки очень жестко регламентирован, а само топливо проходит несколько проверок качества на пути от нефтеперерабатывающего завода до бака самолета.

Первый этап — выходной контроль на самом НПЗ. Однако качественные характеристики керосина могут измениться при его перевозке в случае несоблюдения всех правил транспортировки. Поэтому при приеме керосина на топливозаправочном комплексе (ТЗК), вне зависимости от того, каким путем оно пришло с завода: по трубе, как в аэропортах московского авиаузла или санкт-петербургском Пулково; железнодорожным или автомобильным транспортом, как это происходит в большинстве воздушных гаваней страны, или, тем более, если керосин проделал долгий путь, включающий и наземные и водные маршруты, как при доставке в отдаленные точки, такие как Чукотка, — обязательно проводится входной контроль. Из каждой партии берутся пробы для лабораторных исследований, а также арбитражная проба, которую сразу опечатывают и хранят на случай возникновения разногласий в оценке качества у разных участников процесса топливообеспечения. Само топливо при закачке в приемные резервуары ТЗК проходит через фильтры с тонкостью фильтрации не более 15 мкм.

Топливо по бакам на современных лайнерах распределяется автоматически с помощью бортового компьютера. Соблюдение баланса крайне важно, так как влияет на центровку самолета. Контролировать же процесс заправки и скорректировать его можно со специальной панели, расположенной рядом с местом подсоединения рукава.

Затем керосин отстаивается в резервуарах, после чего проходит полномасштабную проверку по всем основным параметрам, определенным ГОСТом, таким как плотность, фракционный состав, кислотность, температура вспышки, кинематическая вязкость, концентрация смол, содержание воды и механических примесей, температура начала кристаллизации, взаимодействие с водой, удельная электропроводность. Если экзамен успешно сдан, керосин получает паспорт качества, который становится для топлива пропуском на перрон аэропорта. Правда, перед выдачей для заправки самолета, керосин проходит еще один этап контроля — аэродромный — и еще раз фильтруется, теперь через еще более мелкий фильтр. Проверке подвергается и сама заправочная техника, которую без специального контрольного талона до самолета не допустят.

Заправляют самолеты двумя способами. В крупных современных аэропортах перрон соединен с ТЗК системой центральной заправки, а на самолетных стоянках установлены топливные гидранты. Из них керосин в баки воздушного судна перекачивается через специальные заправочные агрегаты (ЗА). Однако пока все же более распространен другой способ — с помощью цистерн—топливозаправщиков (ТЗ). В свою очередь в ТЗ керосин наливается на пунктах налива — складских или перронных. В зависимости от размера цистерны топливозаправщик может вместить до 60 тысяч литров керосина.

Перед началом закачки топливо еще раз проверяют, правда, без использования лабораторий. Керосин сливается из резервуаров ТЗ в прозрачную банку, и визуально определяется наличие в нем воды, кристаллов льда или осадка. Также проверяется и наличие воды в баках самолета перед заправкой и после нее. Перед подсоединением рукава топливозаправщика к горловине бака и само воздушное судно, и ТЗ обязательно заземляются. В истории бывали случаи, когда разряды статического электричества воспламеняли топливо и вызывали серьезные пожары. Для обеспечения безопасности людей самолеты практически всегда заправляются до посадки в них пассажиров.

Где хранится керосин

Объем топливных баков самого крупного и вместительного до последнего времени пассажирского лайнера Boeing-747 достигает 241 140 л (у последних модификаций). Это позволяет залить около 200 тонн топлива. Более привычные ближне- и среднемагистральные Boeing-737 и Airbus A-320 могут принять по 15–25 тонн.

В большинстве самолетов топливо размещается в крыльях и баке, расположенном в центральной части самолета. На некоторых моделях еще один бак есть в хвосте или стабилизаторе — для утяжеления задней части самолета и облегчения взлета, а также для регулировки центровки самолета в полете.

Сначала топливо вырабатывается из внутренних отсеков крыла, затем из концевых. Однако непосредственно к двигателям керосин поступает только из одного бака — расходного (как правило, центрального), куда перекачивается изо всех остальных емкостей.

Для того чтобы предотвратить снижение давления при расходе топлива и прекращения его подачи в топливную систему, все баки сообщаются с атмосферой с помощью специальных дренажных баков в концевой части крыла. Попадающий в них забортный воздух замещает объем израсходованного горючего.

Топливо по бакам на современных лайнерах распределяется автоматически с помощью бортового компьютера. Соблюдение баланса крайне важно, так как влияет на центровку самолета, нарушение которой может привести к самым печальным последствиям, вплоть до катастрофы. Контролировать же процесс заправки и скорректировать его в случае необходимости можно со специальной панели, расположенной рядом с местом подсоединения рукава.

Сам оператор топливозаправщика в процессе заправки держит в руке специальный прибор контроля Deadman, кнопку которого необходимо нажимать через определенные промежутки времени. Если этого не происходит, заправка прекращается — система воспринимает пропуск в нажатии как нештатную ситуацию. Как только заданное количество керосина попало в баки, автоматика отключает подачу топлива, и заполняются документы, фиксирующие результаты заправки.

Автоматизация по всем направлениям

Постоянно автоматизируется не только сам процесс того, как заправляют самолеты. Именно в этом направлении развивается и вся система авиатопливообеспечения. Уже сегодня клиенты лидеров мирового рынка в этом сегменте могут в онлайн-режиме заказать заправку своего самолета в любом аэропорту присутствия топливного оператора. Такую схему развивает, например, Air Total International, свою интегрированную облачную систему управления топливозаправкой создает и Air BP, причем делает он это совместно с глобальным центром планирования полетов RocketRoute, в платформу которого интегрируются данные о топливозаправочной сети по всему миру.

В этом же направлении двигается «Газпромнефть-Аэро» в рамках реализации программы «Цифровой ТЗК».

241 тыс.  л — объем топливных баков одного из самых крупных и вместительных в настоящее время пассажирских лайнеров Boeing-747

Сам процесс заправки по такой схеме выглядит как кадр из фантастического фильма. К лайнеру на стоянке подъезжает ТЗ, пилот, как на обычной АЗС, платит за топливо пластиковой картой с помощью мобильного терминала, которым оборудован топливозаправщик. Водитель ТЗ с планшета оформляет и распечатывает документы, подтверждающие факт заправки для пилота — уже через 10 минут в офис авиакомпании приходят необходимые финансовые документы, а баки самолета заполняются топливом.

Наличие такой системы, очевидно, повышает конкурентоспособность топливных операторов, так как значительно упрощает и оптимизирует процесс планирования полетов их клиентам — авиакомпаниям.

Биокеросин производят из биомассы с помощью процесса Фишера — Тропша, из растительного масла, создают горючее для самолетов и на основе этилового спирта. Биокомпоненты в разных пропорциях (максимум 50 50) смешиваются с обычным авиакеросином, что позволяет сократить объем выбросов углекислого газа в атмосферу почти на 50%.

Зеленый керосин

Еще одно направление развития авиатопливного рынка совпадает с вектором движения рынка автомобильного — это снижение уровня вредных выбросов в атмосферу. Главная технология здесь — создание более чистого топлива, в первую очередь за счет разработки и использования биокомпонентов.

На сегодня процедуру сертификации прошли несколько технологий производства авиационного биотоплива. Биокеросин производят из биомассы с помощью процесса Фишера — Тропша*, из растительного масла, создают горючее для самолетов и на основе этилового спирта. Биокомпоненты в разных пропорциях (максимум 50×50) смешиваются с обычным авиакеросином, что позволяет сократить объем выбросов углекислого газа в атмосферу почти на 50 %. При этом конечный продукт по химическому составу эквивалентен традиционному авиатопливу, и его применение не влияет на эксплуатационные характеристики самолетов.

Одним из первых коммерческие заправки биотопливом начал аэропорт норвежского Осло, а пионером в использовании экологичного керосина стала немецкая Lufthansa. Использование биотоплива одобрено Федеральной авиационной администрацией США (FAA), им уже заправляют свои самолеты в США несколько десятков авиакомпаний.

Но у развития этого направления есть одно но — производство биотоплива пока слишком дорого, поэтому сегодня, во времена низких цен на нефть, оно не может на равных конкурировать с обычным «Джетом», а тем более с ТС-1.

Полезные дополнения

Авиакеросин, как правило, не используется в чистом виде. Для улучшения его характеристик используются различные присадки. Основные из них:

Противодокристаллизационная (ПВК-жидкость): наиболее известная присадка этого типа — жидкость «И-М». При полете на большой высоте топливо охлаждается до очень низких температур (от −30°С до −45°С). В таких условиях вода, содержащаяся в топливе, кристаллизуется, частицы льда могут забить фильтры, и двигатель остановится. Присадки эффективно решают эту проблему.

Антистатическая: увеличивает электропроводность топлива, снижая при этом активность накопления статического электричества в топливной системе и, соответственно, риск возникновения пожара.

Антиокислительная: борется с окислением топлива и отложением смолистых образований в топливной системе и двигателе.

Противоизносная: увеличивает срок эксплуатации механизмов топливной системы.

* Процесс Фишера — Тропша — химическая реакция, происходящая в присутствии катализатора, в которой монооксид углерода (CO) и водород h3 преобразуются в различные жидкие углеводороды. Обычно используются катализаторы, содержащие железо и кобальт. Принципиальное значение этого процесса — производство синтетических углеводородов

Влияние содержащего этанол бензина на двигатель — Компания «Лакор»

Вам необходимо знать

Существует большая путаница относительно влияния топлива с содержанием этанола на двигатели морского назначения и на средства поддержания топлива в хорошем состоянии.

По мнению Брайана Клюге, директора отдела комплектующих компании Mercury Marine, качество всех марок бензина, с добавлением этанола или без него, со временем ухудшается (деградирует) из-за испарения, присутствия воды и окисления. Однако этанол может привести к усугублению этой деградации бензина.

Разделение фаз

Бензин E10 (топливо с содержанием этанола до 10 процентов) подвержен процессу разделения фаз, хотя это возникает только при редких условиях. Чистый бензин не обладает способностью поглощения воды, но топливо E10 при определенных условиях может содержать до 0.5 процента воды. Например, 20 галлонов E10 при температуре 60 градусов могут содержать до 12 унций воды. Эти 12 унций воды поглощаются этанолом и проходят по топливной системе без вреда для нее. Способность поглощения воды фактически делает E10 лучшим топливом в идеальных условиях, хотя E0 в основном все еще является более предпочтительным.

Как только топливо достигает полной степени насыщения, в данном случае 12 унций воды, вода и спирт отделяются от бензина и вследствие своей плотности спускаются на дно топливного бака, оставляя верхний слой топлива лишенным этанола, который имеет более низкое октановое число, и тонкий нижний слой, который содержит агрессивную, коррозийную смесь воды и этанола.

Топливные продукты с определенными типами спиртов снижают скорость разделения на фазы, однако на рынке нет продукта – независимо от того, что заявляют производители – который может полностью предотвратить разделение на фазы. Равно как и не существует продукта, который может рекомбинировать, воссоединить разделенные на фазы слои.

E10 присутствует на рынке уже не одно десятилетие, и некоторые географические регионы, особенно на Среднем Западе, больше не предлагают чистый бензин в качестве топлива. Современные двигатели морского исполнения разработаны и изготовлены для заправки как топливом марки E10, так и чистым бензином.

Переход от чистого бензина на топливо E10

Большинство проблем, связанных с E10, возникают при переходе с чистого бензина на E10 или во время сезонного хранения. Проблемы могут возникать в регионах США, где E10 вводится в практику, например, на Восточном побережье и Юго-востоке. Топливная система, в которой использовался только чистый бензин, будет иметь тонкий слой воды на дне топливного бака. Эта вода всасывается заборником топлива в очень малых количествах и проходит через топливную систему без вреда для нее. Обычно это капельки воды, которые вызывают замерзание топливной линии в холодную погоду.
Кроме того, со временем в баке будут образовываться отложения продуктов окисления и загрязнения, когда двигатель работает только на чистом бензине. Отложения образуются несмотря на то, что слой воды тонкий, но система двигателя будет оставаться стабильной. 

Когда вы добавляете в топливный бак E10, вы тем самым добавляете в него новый растворитель. Этанол будет растворять некоторое количество отложений, которые со временем накопились, потенциально снижая стабильность работы двигателя.  

“Кроме этого, при добавлении небольшого количества этанола вероятность разделения на фазы становится очень высокой,” — сказал Эд Альанак, менеджер отдела развития и планирования испытаний двигателей компании Mercury Marine. — «Этот спирт выделяется из топлива в находящуюся ниже воду, при этом воды в топливе будет слишком много, она не будет смешиваться с топливом, и вы получите слой воды и этанола. ”
«Этот слой может теперь быть достаточно толстым и глубоким в области, где находится сетчатый фильтр патрубка забора топлива (погруженный) в эту смесь воды,” — добавил он.

В результате патрубок забора топлива всасывает в двигатель смесь воды и этанола.

«Для бензинового двигателя это будет совсем неблагоприятным фактором,» — сказал Альанак.

Проблемы перехода можно ограничить с помощью простых указанных ниже процедур:

Сначала проверить систему на присутствие воды в топливном баке и осмотреть и проверить водоотделительный фильтр (на больших двигателях). Если обнаружена вода, из бака необходимо все насухо выкачать. Кроме того, проверить топливо в баке на прозрачность. Если топливо имеет молочный цвет, плавающие в нем частицы или испускает кислый запах, бак необходимо прочистить.
Качественное чистящее средство, такое как Mercury’s Quickleen Fuel Product, поможет растворить отложения. Первая полная заправка бака должна состоять только из топлива E10 для того, чтобы в баке находилось максимальное количество абсорбирующего воду этанола.

Необходимо всегда следить за фильтрами и их состоянием, при этом рекомендуется всегда иметь при себе дополнительные топливные фильтры на случай возникновения потенциальных проблем с забиванием фильтров.

Сезонное хранение

Сезонное хранение также вызывает проблемы. Температура может в большой степени снизить способность этанола связывать воду.  Помните те самые 20 галлонов топлива, которые смогли поглотить 12 унций воды при температуре 60 градусов? При температуре 20 градусов те же самые 20 галлонов могут поглотить восемь или девять унций воды, приблизительно две трети воды, которая могла бы быть поглощена при идеальных температурах.  
Вода и этанол, которые были поглощены в теплую погоду, теперь разделяются и оседают на дно топливного бака. Во время хранения топливо может также окисляться (вступать в реакцию с кислородом в баке). Окисленное топливо будет издавать кислый запах и будет обесцвеченным. Оно также может иметь мелкие частицы смолы, которые содержатся в нем во взвешенном состоянии.
Окисленное топливо может забивать топливные фильтры, создавать отложения в топливной системе, особенно в инжекторах, и в целом отрицательно влиять на рабочие характеристики двигателя. После того, как топливо окислилось, его невозможно обратно восстановить и превратить в топливо, пригодное для использования.

Компания Mercury рекомендует ставить лодку на хранение с полным топливном баком для снижения количества воздуха, с которым может взаимодействовать топливо, и для снижения вероятности возникновения конденсации.
Компания Mercury также рекомендует добавлять качественный топливный стабилизатор, такой как Mercury’s QuickStor.

Некоторые помещения для хранения требуют, чтобы топливные баки во время сезонного хранения были пустыми. В большинстве случаев в этих помещениях имеются инструменты и насосное оборудование для откачки топлива из двигателя и линий.

Все марки бензина деградируют

Чистый бензин или бензин марки E10 будет со временем деградировать. При этом бензин требует особого внимания к своему состоянию и принятия мер по сохранению его качества, независимо от того, что используется в качестве топлива — чистый бензин или бензин с добавкой этанола.
“На рынке имеются три утвержденных законом типа продуктов, которые позволяют предотвратить связанные с топливом проблемы, независимо от типа бензина,” — сказал Клюге.

Он рекомендует использование следующих продуктов:

• Чистящие средства, которые добавляются к топливу для удаления отложений в топливном баке и двигателе и которые могут быть использованы для краткосрочной чистки или длительного техобслуживания.
• Стабилизаторы, которые помогают снизить темп деградации топлива и приобретения им кислого запаха и которые содержат коррозионные ингибиторы. Стабилизаторы часто используются во время сезонного хранения или тогда, когда топливо не будет потребляться в течение месяца или около этого.
• Средства для предотвращения замерзания, состоящие из спирта, соединяются с топливом в баке и снижают точку замерзания присутствующей воды. Для бензина, содержащего до 10 процентов этанола (E10), средства для предотвращения замерзания не требуются. За дополнительной информацией по топливу E10 и топливным присадкам обращаться на сайт компании Mercury Marine http:// www.mercurymarine.com/service-and-support/storage~ and-maintenance/faqs/outboards/?category=ethanol

Средства Mercury’s Quickleen, Quickare и Quickstor помогают замедлить влияние содержащего этанол бензина на двигатель!

 

Какими характеристиками обладает этанол?

Этанол – это окисленное углеводородное соединение, имеющее высокое октановое число и поэтому пригодное для увеличения уровня октана в неэтилированном бензине. Организация EPA, агентство по защите окружающей среды, отвечающее за установление ряда требований и нормативов для всех используемых в США марок бензина, допускает использование этанола в бензине на уровне до 10 процентов в качестве повышающей октановое число добавки и меры обеспечения благоприятных характеристик чистого сгорания, которое способствует снижению выброса некоторых вредных веществ. Этанол гигроскопичен (т.е. поглощает воду), он легче и быстрее смешивается с водой, чем бензин.  Он обладает отличной от бензина растворимостью, включая способность разрыхлять ржавчину и засорения, которые могут находиться в нетронутом, неразрушенном состоянии в топливной системе.  Он может легче и быстрее удалять пластификаторы и смолы из определенных пластмассовых материалов, на которые только один, чистый, бензин повлиять не может.  Разрыхленные засорения забивают фильтры и могут мешать работе двигателя. Кроме того, этанол является агрессивным, коррозионным агентом для некоторых металлов, особенно в сочетании с водой. Хотя бензин не проводит хорошо электрический ток, этанол обладает значительной способностью проводить электрический ток и поэтому может провоцировать гальваническую коррозию.


Влияет ли этанол на мощность или экономию топлива?

Этанол имеет теплотворную способность, равную 76,000 британских тепловых единиц (BTU — БТУ) на один галлон, что приблизительно на 30 процентов меньше, чем теплотворная способность бензина [приблизительно 109,000 — 119,000 BTU/gal (БТУ/галлон)], бензин E10 должен давать несколько меньший пробег в милях, т. е. снижение приблизительно на 3 процента.
Топлива, содержащие более высокий уровень этанола, будут соответственно приводить к сокращению пробега в милях. Например, топлива марки E85 дают пробег в милях приблизительно на 30 процентов меньше, чем бензин.
Октановое число чистого этанола (крепости 200) равно приблизительно 100 и поэтому пригодно для повышения октанового числа бензина. В блендах E-10 присутствие этанола обеспечивает около 2.5 – 3 процентов суммарного октанового числа. Влияние на мощность двигателя определяется  результирующим октановым числом топлива с добавкой. В выборе марок топлива для правильной работы необходимо соблюдать осторожность и выбирать топлива с октановым числом, которое рекомендовано для конкретного двигателя, как указано в руководстве по работе, обслуживанию и гарантии (Operation, Maintenance & Warranty Manual).

Могут ли топлива с содержанием этанола влиять на работу традиционных 2-тактных карбюраторных подвесных лодочных моторов?

2-тактные подвесные лодочные моторы не должны испытывать совсем никакого снижения рабочих характеристик или испытывать лишь небольшое их снижение из-за бензиновых топлив, содержащих до 10 процентов этанола, когда моторы эксплуатируются по стандартам согласно рекомендациям компании Mercury. Когда бензин с этанолом используется в первый раз после перехода с топлива с метил-трет-бутиловом эфиром, бак должен быть полностью освобожден от воды перед заправкой бензина с этанолом.  В противном случае может возникнуть разделение на фазы, которое может вызвать забивание фильтра или повреждение двигателя. Вероятно, для владельца лодки лучше в первый раз заправлять топливные баки топливом с этанолом тогда, когда в баке низкий, но некритичный уровень топлива.  Если бак чистый и в нем нет воды, не должно быть никаких трудностей.  Если в баке присутствует вода, то частичная заправка топлива приведет к  разделению на фазы быстрее, т.к. с меньшим содержанием этанола в баке требуется меньше воды для разделения на фазы. Важным фактором для владельцев лодок, с которым они должны считаться, является присутствие  воды в баках их систем. Если двигатель выпуска 1990 года или ранее, то рекомендуется проводить частые осмотры и проверки всех узлов и деталей топливной системы для того. чтобы обнаружить любые признаки утечек, смягчения, затвердения, вздутия или коррозии. Если наблюдается любой признак утечки или ухудшения состояния, то перед дальнейшей работой необходимо заменить поврежденный узел или деталь.

Как этанол влияет на топливный бак из стекловолокна?

Стекловолоконные топливные баки, изготовленные до 1991 года, возможно, были несовместимы с бензином, содержащим этанол. Имеются свидетельства того, что в присутствии этанола некоторые смолы могут вытягиваться из стекловолокна и попадать в двигатель, где они могут вызвать серьезные повреждения. Если используется стекловолоконный бак более старой модификации, связаться с производителем и определить возможность безопасного использования бензина с этанолом в этом баке.

Подвержены ли старые топливные линии отказам и повреждению от топлива на основе этанола? А что происходит с прокладками?

В 1980-ые годы для использования в топливных системах разрабатывалось множество резиновых изделий и комплектующих, способных выдерживать воздействие топлива с содержанием этанола. Если имеются подозрения на то, что резиновые комплектующие и изделия в топливной системе выпущены именно в те годы или еще раньше, то перед использованием марок топлива с содержанием этанола, может быть, целесообразно заменить их более новыми изделиями, которые безопасны и выдерживают воздействие этанола. Посоветоваться с производителем или часто осматривать и проверять эти узлы и детали топливной системы на признаки вздутия или ухудшения состояния и, если обнаружены проблемы, заменить.

В моем регионе этанол заменяет метил-трет-бутиловый эфир (MTBE). Что мне необходимо сделать?

Перед тем, как заливать бензин с этанолом в свой топливный бак, проконсультируйтесь с производителем вашей лодки на предмет необходимости принятия специальных мер предосторожности при использовании топлива, содержащего этанол. Проверьте свой топливный бак на присутствие в нем воды. Если обнаружите любое количество воды, удалите всю воду и полностью просушите бак. В качестве меры предосторожности советуем всегда иметь при себе дополнительные фильтры на случай, если во время работы на лодке фильтр засорится или будет забит.

Имеются ли присадки или добавки, которые могут предотвратить разделение на фазы?

Практически добавок, которые могут предотвратить разделение фаз, не существует. Единственным практическим решением является одно – прежде всего не допускать накопления воды в баке.
Имеются ли добавки, которые при добавлении в топливный бак, позволяют снова смешать разделенную на фазы смесь?
Нет. Единственным способом, который позволяет избежать дальнейших проблем, является удаление воды, утилизация истощенного топлива, чистка бака; и затем необходимо начать с использования свежего обезвоженного топлива.

Есть ли простое решение проблемы конденсации воды в баке при применении этанола?

Лучше всего следить за тем, чтобы, когда двигатель не эксплуатируется, топливный бак был всегда полным. Это позволит уменьшить объем пустого пространства над уровнем топлива в баке  и снизить приток воздуха в бак и отток воздуха из него при температурных колебаниях. Это приведет к уменьшению конденсации на внутренних стенках бака и ограничит воздействие влажности и конденсации на этанол в топливе.  

 

1. ИСПАРЕНИЕ

Более легкие химические вещества в бензине испаряются в баках, имеющих средства вентиляции, тем самым оставляя после этого в баке более тяжелое топливо, которое не принесет вреда двигателю, но может вызвать проблемы с запуском холодного двигателя.

2. ПРИСУТСТВИЕ ВОДЫ

Вода от конденсации оседает и накапливается на дне бака под топливом. Эта вода может стать причиной коррозии и замерзания бензопроводных линий. 

3. ОКИСЛЕНИЕ

Топливо вступает в реакцию с кислородом, образуя новые соединения. Окисление ведет к образованию осадка, смолы и кислотных отложений.  Окисленный бензин будет иметь измененный цвет (обесцвечен), кислый запах, а также может содержать мелкие частицы смолистого вещества во взвешенном состоянии. Окисленное топливо может забить топливные фильтры, стать причиной образования отложений в топливной системе, особенно в инжекторах, и в целом привести к снижению эксплуатационных характеристик двигателя.

Методы переработки нефти — Нефтехимия и газохимия

Нефть – это природная жидкая смесь разнообразных углеводородов с небольшим количеством других органических соединений; ценное полезное ископаемое, залегающее часто вместе с газообразными углеводородами (попутные газы, природный газ). 

Нефть

Нефть – это природная жидкая смесь разнообразных углеводородов с небольшим количеством других органических соединений; ценное полезное ископаемое, залегающее часто вместе с газообразными углеводородами (попутные газы, природный газ).

 

Химический состав нефти

Соединения сырой нефти – это сложные вещества, состоящие из 5 элементов – C, H, S, O и N, содержание этих элементов колеблется в диапазонах 82–87% (С), 11–15% (H), 0,01–6% (S), 0–2% (O) и 0,01–3% (N).
Углеводороды – основные компоненты нефти и природного газа.
Метан CH₄ – простейший углеводород, одновременно является основным компонентом природного газа.

Соединения нефти

Все углеводороды могут быть подразделены на алифатические (с открытой молекулярной цепью) и циклические, а по степени ненасыщенности углеродных связей – на парафины и циклопарафины, олефины, ацетилены и ароматические углеводороды.
Парафиновые углеводороды (общей формулы Cnh3n + 2) относительно стабильны и неспособны к химическим взаимодействиям.
Соответствующие олефины (Cnh3n) и ацетилены (Cnh3n – 2) обладают высокой химической активностью: минеральные кислоты, хлор и кислород реагируют с ними и разрывают двойные и тройные связи между атомами углерода и переводят их в простые одинарные; возможно, благодаря их высокой реакционной способности такие углеводороды отсутствуют в природной нефти.
Соединения с двойными и тройными связями образуются в крекинг-процессе при удалении водорода из парафиновых углеводородов во время деструкции последних при высоких температурах.

Циклопарафины составляют важную часть нефти. Они имеют то же относительное количество атомов углерода и водорода, что и олефины. Циклопарафины (называемые также нафтенами) менее реакционноспособны, чем олефины, но более, чем парафины с открытой углеродной цепью. Часто они представляют собой главную составную часть низкокипящих дистиллятов (бензин, керосин и лигроин), полученных из сырой нефти.

Ароматические углеводороды имеют циклическое строение; циклы состоят из 6 атомов углерода, соединенных попеременно одинарной и двойной связью.
В легких нефтепродуктах из дистиллятов каменноугольного дегтя ароматические углеводороды присутствуют в больших количествах, чем в первичных и крекинг-дистиллятах нефти. Они входят в состав бензина. Они могут быть получены дегидрированием циклогексанов нефти с использованием катализаторов и высоких температур. Ароматические углеводороды нежелательны с точки зрения экологии.

Сернистые соединения. Наряду с углеводородами нефти содержат органические соединения серы, кислорода и азота. Сернистые соединения имеют характер либо открытых, либо замкнутых цепей. Примером первых являются алкил-сульфиды и меркаптаны.
Многие сернистые соединения нефти представляют собой производные тиофена – гетероциклического соединения, молекула которого построена как бензольное кольцо, где две CH-группы заменены на атом серы. Большая часть сернистых соединений сосредоточена в тяжелых фракциях нефти, соответствующих гидрированным тиофенам и тиофанам. Сера существенно ухудшает качество нефти и ухудшает экологию. Сернистые соединения обычно имеют резкий неприятный запах и часто коррозионноактивны как в природном виде, так и в виде продуктов горения. Существует много технологий сероочистки.


Кислородные соединения. Некоторые имеющиеся в нефти кислородные соединения относятся к нафтеновым кислотам. Соединения этого типа встречаются довольно часто, и содержание их в некоторой нефти России достигает более 1%. Медьсодержащие нафтены используются как консерванты дерева, а кобальт -, марганец — и свинецсодержащие – как отвердители красок и лаков.
Фенолы (производные ароматических углеводородов, в которых присутствует гидроксильная группа ОН), обычно являются продуктом крекинг-процессов, поскольку большей частью обнаруживаются в крекинг-дистиллятах и лишь частично в первичных дистиллятах. Промышленное производство креозолов (производных ароматических углеводородов, в которых присутствуют как гидроксильная, так и метильная группы), из крекинг-дистиллятов нефти экономически выгодно, даже несмотря на их низкое содержание (менее 0,01%).
Азотсодержащие соединения. Содержание азота в нефти изменяется от следов до 3%. Азотсодержащие соединения в нефти представлены соединениями ряда хинолина, частично или полностью насыщенными водородом и другими органическими радикалами; эти соединения, как правило, находятся в высококипящих фракциях сырой нефти, начиная с керосина.
Неорганические соединения. Почти вся нефть содержат небольшое количество неорганических соединений, которые остаются в виде золы после сгорания нефти. Зола содержит кремнезем, алюминий, известь, оксиды железа и марганца. Используя такие методы, как экстракция растворителем, иногда выгодно получать соединения ванадия из сажи, образующейся при сгорании ванадийсодержащей нефти. Однако, как правило, использование нефтяной золы ныне весьма ограничено.

Очистка и переработка нефти

Обычная сырая нефть из скважины – это зеленовато-коричневая легко воспламеняющаяся маслянистая жидкость с резким запахом. На промыслах она хранится в крупных резервуарах, откуда транспортируется танкерами или по трубопроводам в резервуары перерабатывающих заводов. На многих заводах различные типы сырой нефти разделяются по их свойствам согласно результатам предварительной лабораторной переработки. Она указывает приблизительное количество бензина, керосина, смазочных масел, парафина и мазута, которое можно выработать из данной нефти. Химически нефть различна и изменяется от парафиновой, которая состоит большей частью из парафиновых углеводородов, до нафтеновой или асфальтеновой, которая содержат в основном циклопарафиновые углеводороды; существует много промежуточных или смешанных типов. Парафиновая нефть по сравнению с нафтеновой или асфальтеновой содержит больше бензина и меньше серы и является главным сырьем для получения смазочных масел и парафинов. Нафтеновые типы сырой нефти содержат меньше бензина, но больше серы и мазута, а также асфальта.
Сырая нефть содержит некоторое количество растворенного газа, который соответствует по составу и строению природным газам и состоит из легких парафиновых углеводородов. Жидкая фаза сырой нефти содержит сотни углеводородов и других соединений, имеющих точку кипения от 38° С до примерно 430° С, причем процентное содержание каждого из углеводородов невелико. Например, бензиновая фракция может содержать до 200 индивидуальных углеводородов, однако в типичном бензине присутствует лишь около 60 углеводородов – от метана с точкой кипения –161° С до мезитилена (ароматического углеводорода), с точкой кипения 165° С. Они включают парафины, циклопарафины и ароматические соединения, но олефины отсутствуют. Огромный труд, необходимый для анализа состава углеводородов бензинов, делает практически невозможным проведение этих исследований при обычных шаблонных определениях. Что касается соединений, кипящих при температурах выше 165° С, присутствующих в керосине и высококипящих дистиллятах и остатках, трудности идентификации отдельных компонентов возрастают из-за большого количества соединений, перекрывания их температур кипения и возрастающей тенденции высококипящих соединений к разрушению при нагревании. Поэтому все горючие нефтяные продукты подразделяются на фракции по температурным пределам их кипения и по плотности, а не по химическому составу.
Соединения, присутствующие в асфальтах и подобных им тяжелых остаточных продуктах, чрезвычайно сложны. Анализы показывают, что они представляют собой полициклические соединения.

Перегонка

Периодическая перегонка. На начальных этапах развития нефтехимической промышленности сырая нефть подвергалась так называемой периодической перегонке в вертикальном цилиндрическом перегонном аппарате. Процессы дистилляции были неэффективны, потому что отсутствовали ректификационные колонны и не получалось чистого разделения продуктов перегонки.
Трубчатые перегонные аппараты. Развитие процесса периодической перегонки привело к использованию общей ректификационной колонны, из которой с различных уровней отбирались дистилляты с разной температурой кипения. Эта система используется и сегодня. Поступающая нефть нагревается в змеевике примерно до 320° С, и разогретые продукты подаются на промежуточные уровни в ректификационной колонне. Такая колонна может иметь от 30 до 60 расположенных с определенным интервалом поддонов и желобов, каждый из которых имеет ванну с жидкостью. Через эту жидкость проходят поднимающиеся пары, которые омываются стекающим вниз конденсатом. При надлежащем регулировании скорости обратного стекания (т.е. количества дистиллятов, откачиваемых назад в колонну для повторного фракционирования) возможно получение бензина наверху колонны, керосина и светлых горючих дистиллятов, точно определенных интервалов кипения на последовательно снижающихся уровнях. Обычно для того, чтобы улучшить дальнейшее разделение, остаток от перегонки из ректификационной колонны подвергают вакуумной дистилляции.

Конструкция ректификационных колонн в нефтеперерабатывающей промышленности становится произведением искусства, в котором ни одна деталь не остается без внимания. Путем очень точного контроля температуры, давления, а также потоков жидкостей и паров разработаны методы сверхтонкого фракционирования. Эти колонны достигают высоты 60 м и выше и позволяют разделять химические соединения, точка кипения которых отличается менее чем на 6° С. Они изолированы от внешних атмосферных воздействий, а все этапы дистилляции автоматически контролируются. Процессы в некоторых таких колоннах происходят в условиях высоких давлений, в других – при давлениях, близких к атмосферному; аналогично температуры изменяются от экстремально высоких до значений ниже –18° С.


Термический крекинг
Склонность к дополнительному разложению более тяжелых фракций сырой нефти при нагреве выше определенной температуры привела к очень важному успеху в использовании крекинг-процесса. Когда происходит разложение высококипящих фракций нефти, углерод-углеродные связи разрушаются, водород отрывается от молекул углеводородов и тем самым получается более широкий спектр продуктов по сравнению с составом первоначальной сырой нефти. Например, дистилляты, кипящие в интервале температур 290–400° С, в результате крекинга дают газы, бензин и тяжелые смолоподобные остаточные продукты. Крекинг-процесс позволяет увеличить выход бензина из сырой нефти путем деструкции более тяжелых дистиллятов и остатков, образовавшихся в результате первичной перегонки.
Выход кокса определяется природой перерабатываемого сырья и степенью рециклизации наиболее тяжелых фракций.
Как правило, из исходного крекируемого объема образуется примерно 15–25% лигроина и 35–50% газойля (т.е. легкого дизельного топлива) наряду с крекинг-газами и коксом. Последний используется в основном как топливо, исключая образующиеся специальные виды кокса (один из них является продуктом обжига и используется при производстве углеродных электродов). Коксование до сих пор пользуется популярностью главным образом как процесс подготовки исходного материала для каталитического крекинга.


Каталитический крекинг
Катализатор – это вещество, которое ускоряет протекание химических реакций без изменения сути самих реакций. Каталитическими свойствами обладают многие вещества, включая металлы, их оксиды, различные соли.
Процесс Гудри. Исследования Э.Гудри огнеупорных глин как катализаторов привели к созданию в 1936 эффективного катализатора на основе алюмосиликатов для крекинг-процесса.
Среднекипящие дистилляты нефти в этом процессе нагревались и переводились в парообразное состояние; для увеличения скорости реакций расщепления, т.е. крекинг-процесса, и изменения характера реакций эти пары пропускались через слой катализатора. Реакции происходили при умеренных температурах 430–480° С и атмосферном давлении в отличие от процессов термического крекинга, где используются высокие давления. Процесс Гудри был первым каталитическим крекинг-процессом, успешно реализованным в промышленных масштабах.

Целью большинства крекинг-процессов является достижение оптимального выхода бензина. При крекинге происходят распад тяжелых молекул, а также сложные процессы синтеза и перестройки структуры молекул углеводородов. Влияние разных катализаторов различно. Некоторые из них, такие, как оксиды хрома и молибден, ускоряют реакцию дегидрогенизации (отщепление водорода). Глины и специальные алюмосиликатные составы, используемые в промышленном каталитическом крекинге, способствуют ускоренному разрыву углерод-углеродных связей больше, чем отрыву водорода. Они также способствуют изомеризации линейных молекул в разветвленные. Эти составы замедляют полимеризацию (см. ниже) и образование дегтя и асфальта, так что нефти не просто деструктурируются, а обогащаются полезными компонентами.


Риформинг
Риформинг – это процесс преобразования линейных и нециклических углеводородов в бензолоподобные ароматические молекулы. Ароматические углеводороды имеют более высокое октановое число, чем молекулы других углеводородов, и поэтому они предпочтительней для производства современного высокооктанового бензина.
При термическом риформинге, как и при каталитическом крекинге, основная цель состоит в превращении низкооктановых бензиновых компонентов в более высокооктановые. Процесс обычно применяется к парафиновым фракциям прямой перегонки, кипящим в пределах 95–205° С. Более легкие фракции редко подходят для таких превращений.
Существуют два основных вида риформинга – термический и каталитический. В первом соответствующие фракции первичной перегонки нефти превращаются в высокооктановый бензин только под воздействием высокой температуры; во втором преобразование исходного продукта происходит при одновременном воздействии, как высокой температуры, так и катализаторов. Более старый и менее эффективный термический риформинг используется кое-где до сих пор, но в развитых странах почти все установки термического риформинга заменены на установки каталитического риформинга.
Если бензин является предпочтительным продуктом, то почти весь риформинг осуществляется на платиновых катализаторах, нанесенных на алюминийоксидный или алюмосиликатный носитель.
Большинство установок риформинга – это установки с неподвижным слоем. (Процесс каталитического риформинга, в котором используется стационарный катализатор, называется платформингом.) Но под действием давления около 50 атм (при получении бензина с умеренным октановым числом) активность платинового катализатора сохраняется примерно в течение месяца. Установки, в которых используется один реактор, приходится останавливать на несколько суток для регенерации катализатора. В других установках используется несколько реакторов с одним добавочным, где проводится необходимая регенерация. Жизнь платинового катализатора сокращается при наличии серы, азота, свинца и других «ядов». Там, где эти компоненты представляют проблему, обычно до входа в реактор проводят предварительную обработку смеси водородом (т. н. гидроочистка, когда до подачи в реактор нефтяных погонов – бензинов прямой перегонки – их пропускают через водородсодержащие газы, которые связывают вредные компоненты и снижают их содержание до допустимых пределов). Некоторые реакторы с неподвижным слоем заменяются на реакторы с непрерывной регенерацией катализатора. В этих условиях катализатор перемещается через реактор и непрерывно регенерируется.
Реакции, в результате которых при каталитическом риформинге повышается октановое число, включают:
1) дегидрирование нафтенов и их превращение в соответствующие ароматические соединения;
2) превращение линейных парафиновых углеводородов в их разветвленные изомеры;
3) гидрокрекинг тяжелых парафиновых углеводородов в легкие высокооктановые фракции;
4) образование ароматических углеводородов из тяжелых парафиновых путем отщепления водорода.
Большинство богатых водородом газов, выделяющихся в этих установках, используются при гидрокрекинге и т. п.


Другие процессы производства бензина
Кроме крекинга и риформинга существует несколько других важных процессов производства бензина. Первым из них, который стал экономически выгодным в промышленных масштабах, был процесс полимеризации, который позволил получить жидкие бензиновые фракции из олефинов, присутствующих в крекинг-газах.


Полимеризация. Полимеризация пропилена – олефина, содержащего три атома углерода, и бутилена – олефина с четырьмя атомами углерода в молекуле дает жидкий продукт, который кипит в тех же пределах, что и бензин, и имеет октановое число от 80 до 82. Нефтеперерабатывающие заводы, использующие процессы полимеризации, обычно работают на фракциях крекинг-газов, содержащих олефины с тремя и четырьмя атомами углерода.


Алкилирование. В этом процессе изобутан и газообразные олефины реагируют под действием катализаторов и образуют жидкие изопарафины, имеющие октановое число, близкое к таковому у изооктана. Вместо полимеризации изобутилена в изооктен и затем гидрогенизации его в изооктан, в данном процессе изобутан реагирует с изобутиленом и образуется непосредственно изооктан.
Все процессы алкилирования для производства моторных топлив производятся с использованием в качестве катализаторов либо серной, либо фтороводородной кислоты при температуре сначала 0–15° C, а затем 20–40° С.


Изомеризация. Другой важный путь получения высокооктанового сырья для добавления в моторное топливо – это процесс изомеризации с использованием хлорида алюминия и других подобных катализаторов.
Изомеризация используется для повышения октанового числа природного бензина и нафтенов с прямолинейными цепями. Улучшение антидетонационных свойств происходит в результате превращения нормальных пентана и гексана в изопентан и изогексан. Процессы изомеризации приобретают важное значение, особенно в тех странах, где каталитический крекинг с целью повышения выхода бензина проводится в относительно незначительных объемах. При дополнительном этилировании, т.е. введении тетраэтилсвинца, изомеры имеют октановые числа от 94 до 107 (в настоящее время от этого способа отказались ввиду токсичности образующихся летучих алкилсвинцовых соединений, загрязняющих природную среду).

 

Гидрокрекинг
Ранние работы по получению жидкого топлива из углей путем гидрирования под высоким давлением (процесс Бергуса) проводились главным образом в Германии с использованием весьма сильных катализаторов, таких, как оксиды молибдена, которые либо нечувствительны к присутствию серы, либо в значительной степени сохраняют свою активность после прошедшей сульфатизации. Для этого были необходимы следующие параметры: давление до 280 атм, температура около 450° С и катализатор.
Давления, используемые в современных процессах гидрокрекинга, составляют от примерно 70 атм для превращения сырой нефти в сжиженный нефтяной газ (LP-газ) до более чем 175 атм, когда происходят полное коксование и с высоким выходом превращение парообразной нефти в бензин и реактивное топливо. Процессы проводят с неподвижными слоями (реже в кипящем слое) катализатора. Процесс в кипящем слое применяется исключительно для нефтяных остатков – мазута, гудрона. В других процессах также использовались остаточное топливо, но в основном – высококипящие нефтяные фракции, а кроме того, легкокипящие и среднедистиллятные прямогонные фракции. Катализаторами в этих процессах служат сульфидированные никель-алюминиевые, кобальт-молибден-алюминиевые, вольфрамовые материалы и благородные металлы, такие, как платина и палладий, на алюмосиликатной основе.
Там, где гидрокрекинг сочетается с каталитическим крекингом и коксованием, не менее 75–80% сырья превращается в бензин и реактивное топливо. Выработка бензина и реактивных топлив может легко изменяться в зависимости от сезонных потребностей. При высоком расходе водорода выход продукции на 20–30% выше, чем количество сырья, загружаемого в установку. С некоторыми катализаторами установка работает эффективно от двух до трех лет без регенерации.
Необходимость уменьшения загрязнения воздуха в промышленных районах обусловливает значительное увеличение использования процессов гидрирования для десульфатизации дистиллятов и остаточных топлив. Процессы гидрокрекинга, предназначенные главным образом для удаления серы при невысоких требованиях к выходу продукции, известны как «гидроочистка».
Газообразные легкие фракции, прежде всего, проходят через вакуумную установку для сжижения, затем полученный на этой стадии газойль проходит десульфуризацию гидроочисткой, прежде чем вновь смешивается с некоторыми вакуумными остатками и другими низкосернистыми легкими фракциями сырой нефти.


Очистка легких продуктов
Гидроочистка в настоящее время – наиболее распространенный метод гидрогенизации олефинов и повышения качества легких продуктов за счет удаления серы и других примесей. По экономическим причинам, а также из-за проблем, связанных с примесями воздуха и воды, применяются и другие методы, например использование сульфида свинца в качестве катализатора в регенеративных растворителях и предварительное рафинирование с применением высоковольтных электропечей для лучшего отделения очищающего реагента от получаемого продукта.


Масла и смазки
Нефтяная промышленность поставляет масла и смазки, различающиеся по вязкости от жидких, почти как вода, до консистенции патоки. Как и в случае с другими нефтяными фракциями и продуктами, появились новые методы их производства – экстракция и деасфальтизация растворителями и др.


Экстракция растворителями. К промышленным растворителям относятся хлорекс, фурфурол (побочный продукт переработки овсяной шелухи), нитробензол, фенолы, метилэтилкетоны и пр. Экстракция растворителями осуществляется обычно в режиме противотока (поток масел идет в одном направлении, а растворителя – в противоположном), что позволяет проводить выборочное растворение и более глубокую очистку. При еще более избирательной процедуре колонна наполняется пористой средой (выполненной, например, в виде перфорированных пластин).


Сжиженный пропан. Эффективность обработки смазочных масел повышается при использовании сжиженного пропана под давлением. Этот парафиновый углеводород (точка кипения –42° С) практически не оказывает растворяющего действия на асфальты и очень слабо растворяет твердые парафины при низких температурах. Тем не менее, регулируя и подбирая температуру и соотношения растворитель/масла, можно успешно удалять асфальт и твердые парафины.
Депарафинизация растворителями. Депарафинизация растворителями – важный этап производства смазочных масел. Депарафинизация неочищенных или очистка смазочных масел дает разнообразные продукты – от светлых веретенных масел до тяжелых вакуумных смазок и товарных парафинов. Наиболее широко используются для депарафинизации смеси метилэтилкетона и толуола или бензола и ацетона.


Крекинг-газ
Вторичные газообразные продукты получаются из нефти в результате различных процессов крекинга. Тяжелые фракции при крекинге дают бензин, а бензиновые фракции умеренно крекируются с увеличением октанового числа. Газы, получающиеся при этих процессах, могут составлять 2–10% (масс. ) от крекируемой нефти; они заметно отличаются от природных нефтяных газов. Главная их особенность – наличие олефинов, которые полностью отсутствуют в природных газах. В газах высокотемпературного крекинга может содержаться 50% олефинов, включая этилен, пропилен и бутилены. Как правило, олефины составляют более 10–25%. Крекинг-газы обычно содержат также небольшое количество водорода. Температура крекинга 540° С или выше при невысоком давлении благоприятна для образования этилена, а более умеренные температуры 455–480° С и высокое давление – для образования меньшего количества этилена и пропорционально большего количества пропилена и бутиленов.


Бензин
Бензин – самый важный продукт переработки нефти; из сырой нефти производится до 50% бензина. Эта величина включает природный бензин, бензин крекинг-процесса, продукты полимеризации, сжиженные нефтяные газы и все продукты, используемые в качестве промышленных моторных топлив. Каждому процессу переработки нефти предъявляются требования по количеству и качеству производимого бензина.
Состав. Промышленный бензин представляет собой смесь углеводородов в интервале точки кипения 30–200° C. Некоторые бутаны, кипящие при температуре ниже 38° С, имеет высокое давление паров. Углеводороды в бензине включают многие изопарафины, а также ароматические углеводороды и нафтены, а в бензинах, полученных при крекинге, содержится от 15 до 25% олефинов. Октановое число углеводородов снижается в следующем порядке: изопарафины > ароматические > олефины > нафтены > н-парафины. Имеются различия между компонентами каждой из этих групп, зависящие от структуры молекул и точки кипения. Различные компоненты дают свой вклад в октановое число бензиновых смесей.
Крекинг-бензины содержат значительный процент тех компонентов, при смешении которых образуется моторное топливо. Однако их прямое использование во многих странах законодательно ограничивается, поскольку они содержат заметное количество олефинов, а именно олефины являются одной из главных причин образования фотохимического смога.
Классификация бензинов. Бензины классифицируются по разным основаниям, включая интервалы температур кипения, октановое число, содержание серы.
Интервалы температур кипения. Большинство бензинов кипит в интервале 30–200° С. 50%-ная точка, т.е. температура, при которой кипит половина компонентов смеси и которая определяет состав смеси во время прогрева двигателя, а частично и при разгоне транспортного средства, располагается в пределах 98–104° С. Высокое содержание низкокипящих компонентов, таких, как бутаны и пентаны, обусловливает исключительно высокое давление паров и в теплое время является причиной образования паровых пробок, когда газовые пузырьки препятствуют течению топлива по узким трубам двигателей и тепловых установок. В то же время недостаток низкокипящих компонентов служит причиной трудностей запуска двигателя зимой. 90%-ная точка кипения бензина определяет время прогрева двигателя и эффективность использования топлива.
Октановое число. Октановое число – наиболее важная характеристика бензина. Оно обычно определяется в одноцилиндровой стационарной установке, снабженной различными приборами для регистрации склонности к детонации. Нормальный гептан (семь атомов углерода в линейной цепи) детонирует очень легко; для него принято нулевое октановое число. Изооктан (восемь атомов углерода в разветвленной цепи) не детонирует до тех пор, пока не будут достигнуты экстремальные условия давления, температуры и нагрузки; для него произвольно установлено октановое число 100. При испытании бензина с неизвестными детонационными свойствами его сравнивают со смесью гептана и изооктана, имеющей такую же способность к детонации, как и испытуемый бензин; октановое число бензина – это процентное содержание изооктана в такой смеси. Октановое число, определенное таким образом, не всегда соответствует характеристике в многоцилиндровом двигателе в дорожных условиях при изменяющихся скоростях, нагрузках и ускорениях.
В нефтяной промышленности используются два метода, делающие это сравнение более реальным, – моторный метод и исследовательский метод. Октановое число определяется как среднее из двух таких определений.
Присадки. Практически все бензины содержат различные присадки, в том числе ингибиторы смолообразования и небольшое количество красителя. Законодательством многих промышленно развитых стран существенно снижен допустимый уровень соединений свинца в бензине (этилированный бензин, т.е. содержащий добавки тетраэтилсвинца, повышающие октановое число бензина, составляет менее 20% от всего бензина, вырабатываемого в США).


Керосин
Керосин – это легчайшее и наиболее летучее жидкое топочное топливо. Первоначально керосин использовался только для освещения, теперь он употребляется как топливо в пекарнях, отопительных и нагревательных приборах, оборудовании ферм, а также как компонент моторного топлива. Хороший керосин должен иметь особый цвет (приблизительно 250–300 мм по шкале Штаммера для нефтепродуктов), достаточную вязкость для устойчивой и равномерной пропитки фитиля, должен гореть ясным высоким пламенем без копоти или отложения твердых углистых осадков на фитиле, копоти в дымоходах и на ламповом стекле. Безопасность керосина при использовании в осветительных лампах определяется стандартным тестом на вспышку. Керосин медленно нагревают в небольшой стеклянной или металлической чашке и к поверхности периодически прикасаются пламенем до тех пор, пока не появится небольшой дымок, соответствующий точке воспламенения.


Другие продукты
Дизельное топливо. Промежуточные нефтяные дистилляты, кипящие при температурах выше, чем керосин, но ниже, чем смазочные масла, представляют собой горючее для средне- и высокоскоростных дизельных двигателей.
Цетановое число. Дизельные топлива оцениваются их цетановым числом – это реальное измерение легкости воспламенения под действием температуры и давления, а не способности горения. При этом топливо сравнивается со смесью цетана – парафинового углеводорода с 16-ю атомами углерода, который легко воспламеняется под давлением, и a-метилнафталина, который не возгорается. Процент цетана в смеси, показывающий ту же воспламеняемость, что и дизельное топливо в стандартных условиях испытания, называется цетановым числом. Парафиновые топлива более подходят для дизельных двигателей, поскольку они легко воспламеняются под давлением без дополнительной искры зажигания. Однако в связи с возрастающей потребностью в дистиллятах прямой перегонки для других целей, кроме получения дизельного топлива, увеличивается использование тяжелых дистиллятов с более низким цетановым числом, получаемых при каталитическом крекинге. Повышение надежности воспламенения низкокачественных дизельных топлив, улучшение воспламеняемости, более известное как увеличение цетанового числа, достигается добавлением специальных масел. Они включают такие компоненты, как органические оксиды и пероксиды. Небольшие добавки амилнитрата удовлетворительно улучшают качество топлив.

Реактивное топливо. 
Реактивное нефтяное топливо может быть керосиновым либо нафтеновым. Состоит главным образом из бензина прямой перегонки или керосина в топливе керосинового типа либо топливе №1 нафтенового типа.

Топливо для отопления зданий.  
Использование легких дистиллятов в качестве бытового топлива постоянно возрастает, так как они удобнее и чище по сравнению, например, с углем. Конкуренцию им составляют природный газ и электричество

.


Мазут. Большинство промышленных котельных и тепловых электростанций используют в качестве топлив черные вязкие остаточные продукты переработки нефти – топочный мазут. В большинстве случаев это продукты крекинга, хотя имеются и продукты прямой перегонки.


Парафиновые воски являются главным средством для защиты оборудования от действия воды. Все они имеют водяно-белый цвет и температуру плавления в пределах 50–95° С. Микрокристаллические воски используются как изоляция в самых разнообразных отраслях, таких, как электротехническая промышленность и промышленность средств связи, а также при печати, гравировке и т.д. Вазелин, состоящий из тяжелых нефтяных остатков и парафиновых восков, производится фильтрованием цилиндровых дистиллятов и применяется в технике (в качестве антикоррозионной смазки и др. ) и медицине (главным образом для изготовления мазей).


Химические продукты из нефти
Получение нефтепродуктов путем фракционирования.
Нефтяная промышленность – это главный производитель химикатов. Ее первые успехи в разделении индивидуальных углеводородов были достигнуты при фракционировании природного газа и природного бензина.
Первыми компонентами, выделенными таким путем, были метан, этан, пропан, нормальный бутан, изобутан и пентины. Соответствующим образом спроектированные ректификационные колонны дают возможность выделять из крекинг-газов небольшие фракции с узким диапазоном температур кипения, которые служат первичным сырьем для химического производства, – это углеводороды, имеющие от одного до пяти атомов углерода (как парафины, так и олефины).


Химические продукты, получаемые окислением природного газа. Большое число химикатов производится в промышленных количествах путем окисления природного газа. Они включают метиловый (древесный) спирт, этиловый (пищевой) спирт, пропиловый спирт (с тремя атомами углерода), формальдегид, ацетон, метилэтилкетон, муравьиную кислоту, уксусную кислоту. Из этих компонентов, первично содержащих кислород, производятся многие другие продукты, хорошо известные в органической химии.
Химические продукты, получаемые из олефинов. Олефины в крекинг-газах и низкокипящих фракциях нефти легко реагируют с хлором, хлороводородной кислотой, серной кислотой и другими реагентами, образуя новые исходные вещества для дальнейшей переработки и производства большого числа химических продуктов. Из этого сырья производятся фреоны, гликоли, глицерин, каучук, пластмассы, инсектициды, спирты и моющие средства.
Химические продукты, получаемые с помощью других процессов. Аммиак синтезируется из водорода, получаемого при крекинге природного газа, и азота, извлекаемого дистилляцией из сжиженного воздуха. Азотная кислота и нитрат аммония, используемые для производства удобрений и взрывчатых веществ, также получаются из аммиака.
 

когда происходит вспышка и кипение топлива

В качестве горючего для многих легковых автомобилей используется бензин. Это смесь углеводородов, которая имеет температуру кипения от 30 до 205 градусов. Кроме углеводородов, в составе бензина есть примеси азота, серы и кислорода. В зависимости от числа тех или иных компонентов бензин для авто делится на различные марки, которые имеют разные эксплуатационные качества:

С ужесточением требований к экологии бензины, обладающие более низким октановым числом (А 76 или АИ 80), а значит, более грязным химическим составом, сегодня не изготавливаются.

 Загрузка …

Главные качества

Главные качества топлива – его химический состав, способность к испарению, горению, самовоспламенению, возникновению отложений, а также коррозионная устойчивость и стойкость к возгоранию.

Физико-химические характеристики зависят от того, какие углеводороды и в каких соотношениях присутствуют в топливе. Температура замерзания топлива составляет -60 градусов, в случае использования особых присадок можно снизить этот показатель до -71 градуса.

Топливо активно испаряется при температуре +30 градусов, и с ростом температуры процесс испарения осуществляется активнее. Когда степень его паров в воздухе составляет 74-123 граммов на м3, формируется взрывоопасная смесь.

Состав фракции топлива воздействует на эксплуатационные качества. При изготовлении крайне необходимо получить оптимальное соотношение легких и тяжелых соединений, чтобы получить достаточно высокое испарение при низких температурах и не допустить сбоев в работе мотора из-за создания паровых пробок в топливном проводе, которые могут появиться ввиду активного испарения большого числа легких соединений.

Ввиду этого бензины, которые используются в местностях с жарким климатом и в районах полярного круга, обладают разным химическим составом для того, чтобы обеспечить нужные эксплуатационные качества. Бензин получается несколькими способами:

• путем прямой перегонки нефти;
• путем отбора конкретных фракций;
• крекинг;
• риформинг.

Главная составляющая топлива, которая получена способом прямого перегона – соединения алканов. При крекинге и риформинге они трансформируются в разветвленные алканы и ароматические компоненты. Два последних метода позволяют получить горючее с высоким октановым числом марок АИ 92 и 95.

Октановое число

Наименование марки топлива состоит из букв и цифр. Буквы А или АИ означают способ выявления октанового числа:

№	Полезная информация
1	моторный (А)
2	исследовательский (ИА)

А цифра означает октановое число (92, 95).

Наименование октанового числа показывает такое качество, как устойчивость топлива к возгоранию. Цифра эта условная. В качестве эталона используется изооктан, устойчивость к возгоранию которого очень высокая, и равняется 100. Разметка октанового числа была создана в начале прошлого века. Оно выявлялось составом изооктана в меси с нормальным гептаном.

Соответственно, топливо марки АИ 92 эквивалентно по своей устойчивости к возгоранию 92% смеси изооктана с гептаном, АИ 95 – 95%. Октановое число может быть выше 100, если антидетонационные качества бензина выше, чем у чистого изооктана.

Данное значение очень важное, так как возгорание приводит к быстрой деформации цилиндро-поршневой группы. Обусловлено это скоростью распространения языков пламени – до 2,5 км в секунду, тогда как в оптимальных условиях огонь распространяется со скоростью не больше 60 метров в секунду.

Чтобы увеличить антидетонационные качества, можно или добавить присадки, в которых содержится свинец, или поменять фракционный состав при получении. Первый вариант можно легко получить из топлива АИ 92, АИ 95 или 98, но на сегодняшний день от него отказались.

Так как, хотя такие присадки намного увеличивают эксплуатационные характеристики бензина и имеют низкую себестоимость, они также очень токсичны и оказывают пагубное влияние на экологию, чем чистое топливо.

А также разрушают каталитический нейтрализатор транспортного средства (температура сгорания этилированного топлива выше, чем у неэтилированного, в итоге керамические соединения нейтрализатора спекаются, и устройство подвергается поломке).

В качестве присадок могут быть применены и другие соединения, менее ядовитые, такие как ацетон или этиловый спирт. К примеру, если влить 100 мл спирта в литр топлива АИ 92, то октановое число возрастет до 95. Но использование таких средств экономически нецелесообразно.

Химическая стабильность

Рассматривая химические качества бензина, нужно делать основной акцент на то, как долго состав углеводородов будет неизменным, так как при долгом складировании более легкие компоненты исчезают, и эксплуатационные качества сильно снижаются.

В частности, остро проблема стоит тогда, если из бензина с минимальным октановым числом получилось горючее более высокой марки (АИ 95) методом добавления в его состав пропан или метана. Их антидетонационные качества выше, чем у изооктана, но и рассеиваются они моментально.

По ГОСТу химический состав топлива любой марки должен быть неизменным в течение 5 лет при соблюдении правил складирования. Но на деле часто даже только что приобретенное топливо уже имеет октановое число ниже заданного.

Виноваты в этом недобросовестные продавцы, которые добавляют сжиженный газ в емкости с горючим, время хранения которого истекло, и содержание не отвечает требованиям ГОСТа. Обычно к одному и тому же топливу добавляют различное число газа для получения октанового числа, равного 92 или 95. Подтверждением таких хитростей является резкий запах газа на АЗС.

Температура кипения, горения бензина

Любой человек, который решит найти информацию о температуре кипения, горения или воспламенения топлива, найдет интересную вещь: даже в довольно известных источниках между указываемыми показателями одного и того же параметра есть разница. Почему так случается и какие реальные показатели?

Температура кипения бензина

Температура кипения бензина является интересной величиной. Сегодня мало кто из юных автомобилистов знает, что когда-то при высоких температурах воздуха закипевшее в топливном проводе или карбюраторе горючее могло заблокировать транспортное средство. Такое явление способствовало образованию сбоев в системе.

Легкие фракции сильно нагревались и отделялись от более тяжелых в форме пузырьков горючего газа. Машина остывала, газы превращались в жидкость – и можно было продолжать движение. Сегодня бензин, используемый на заправках, закипит примерно при +80 градусах.

Температура вспышки топлива

Температура вспышки топлива является тепловым порогом, при котором свободно отделяющиеся, более легкие фракции топлива начинают гореть от источника открытого огня при нахождении этого источника над исследуемым образцом.

На практике показано, что температура вспышки определяемся способом нагрева в открытом тигле. В маленькую открытую емкость наливают трестируемое топливо. Потом его медленно нагревают без привлечения открытого пламени.

 

Вместе с тем контролируется температура в реальном времени. Каждый раз при росте температуры топлива на 1 градус на маленькой высоте над его поверхностью проводят источником пламени. В этот момент, когда возникает огонь, и определяют температуру вспышки.

Другими словами, температура вспышки определяет тот порог, при котором концентрация в воздухе легко испаряющегося топлива достигает показателя, достаточного для воспламенения под влиянием открытого источника огня.

Температура горения бензина

Данный показатель выявляет, какую максимальную температуру создает горящий бензин. И здесь также нет однозначной информации, которая отвечает на этот вопрос одной цифрой. Как ни удивительно, но именно для температуры горения ключевую роль играют условия протекания процесса, а не состав бензина.

Если смотреть на теплотворную способность разных бензинов, то отличий между АИ 92 и АИ 100 нет. На самом деле октановое число выявляет только устойчивость бензина к возникновению процессов возгорания.

И на качество самой эссенции и температуру ее горения не влияет. Кстати, часто простые бензины АИ 76 и АИ 80, которые вышли из обихода, более чистые и безопасные для человека, чем АИ 98, модифицированный большим количеством присадок.

В моторе температура горения топлива находится в пределах от 900 до 1100 градусов. Это если при соотношении воздуха и топлива, равному к стехиометрическому соотношению. Настоящая температура сгорания может как снижаться, так и возрастать при конкретных условиях.

На температуру горения в большей степени воздействует уровень сжатия. Чем он выше, тем горячее в цилиндрах. Открытым пламенем топливо горит при низких температурах, примерно, 800-900 градусов.

YouTube responded with an error: The request cannot be completed because you have exceeded your <a href=»/youtube/v3/getting-started#quota»>quota</a>.

Список используемой литературы:

Просто добавь воды. Маленькая добавка H₂О повышает мощность ДВС и экономит топливо


Фото: Bosch

Может быть, двигатели внутреннего сгорания доживают последние десятилетия, но производители не сдаются. Они выжимают максимум из этой технологии, оптимизируя конструкцию двигателя для повышения эффективности и экономичности. Недавно сообщалось об инновации Nissan, которая изобрела ДВС с изменяемой степенью сжатия. Теперь о своих достижениях поведала Bosch. Немецкая фирма представила систему водяного впрыска WaterBoost для простой модификации существующих ДВС.

Даже самый продвинутый двигатель внутреннего сгорания впустую тратит примерно пятую часть топлива. Например, оно расходуется на систему охлаждения двигателя. В современных двигателях немного дополнительного топлива впрыскивается в камеру сгорания не для сгорания, а для испарения со стенок, за счёт чего происходит охлаждение двигателя.

Bosch предлагает модифицировать систему впрыска топлива: использовать воду вместо бензина при охлаждении камеры. То есть суть технологии WaterBoost заключается в том, что на больших оборотах в двигателе задействуется водяная помпа, которая впрыскивает в камеру сгорания немного воды незадолго до поджига топливной смеси.

Требуется совсем немного воды: на 100 км уходит несколько сотен миллилитров. Поэтому маленький бачок с водой потребуется заливать дистиллированной водой каждые несколько тысяч километров, что для большинства водителей не станет накладным. Это даже приятно: заливая воду, ты знаешь, что эта вода будет использоваться вместо бензина (при охлаждении).

Да и если вода в бачке кончится, тоже ничего страшного, разве что немного снизится крутящий момент и на несколько процентов вырастет потребление топлива.

Как показали опыты Bosch, такая простая модификация может на несколько процентов снизить потребление топлива (до 13%) без потери мощности и крутящего момента. Экономия возможна в моменты перегрева двигателя на самых высоких оборотах: например, при резком ускорении или движении по шоссе с высокой скоростью.

Кроме того что это экономит бензин, так испарение воды ещё и лучше охлаждает двигатель, чем испарение бензина.

Как дополнительный бонус к экономии топлива — на 4% снижаются выбросы CO₂, так что двигателю будет легче пройти проверку на соблюдение жёстких экологических нормативов, которые предъявляются к современным бензиновым двигателям.

Наиболее эффективным внедрение водяного впрыска будет для компактных трёх- и четырёхцилиндровых двигателей. Другими словами, именно для тех двигателей, которые используются в самых популярных современных автомобилях среднего размера.

Но это ещё не всё. Кроме экономии топлива, WaterBoost может добавить до 5% мощности двигателям с турбонаддувом. Дело в том, что добавка воды насыщает кислородом нагнетаемый воздух от турбины и увеличивает скорость горения смеси, позволяя оптимизировать угол опережения зажигания — угол поворота кривошипа от момента, при котором на свечу зажигания начинает подаваться напряжение для пробоя искрового промежутка до занятия поршнем верхней мёртвой точки.

Идея опережения зажигания в том, чтобы поджигать горючую смесь заранее, до достижения поршнем верхней мёртвой точки. При правильном выборе момента зажигания, давление газов достигает максимальной величины примерно через 10-12 градусов поворота коленчатого вала после прохода поршнем верхней мертвой точки.

Изменив угол опережения зажигания и подкрутив настройки тайминга поджигания, инженеры могут выжать ещё чуток мощности даже из мощных двигателей с турбонаддвуом, даже на спорткарах.

Первым автомобилем, в котором внедрят технологию водяного впрыска WaterBoost, станет BMW M4 GTS с шестицилиндровым турбодвижком.


BMW M4 GTS. Фото: BMW Group

Про внедрение WaterBoost в автомобилях средней ценовой категории информации пока нет.

У компании Bosch есть большой опыт в автомобильной промышленности. Именно Bosch в 1887 году изобрела безопасную систему детонации воздушно-топливной смеси ДВС от магнето. Такая система зажигания используется в автомобилях до сих пор. До этого изобретения смесь в ДВС поджигали через калильные трубки Даймлера открытым пламенем.

Bosch производит не только системы зажигания, стартеры, но и многие другие автомобильные компоненты. Например, недавно наладила серийное производство электромоторов для гоночных картов.


Электромотор Bosch для гоночных картов. Фото: Bosch

За электромоторами — будущее, но и ДВС не собирается сдаваться без боя.

«Наш водяной впрыск показывает, что у двигателей внутреннего сгорания осталось ещё несколько трюков под капотом», — сказал д-р Рольф Буландер (Rolf Bulander), председатель подразделения Bosch Mobility Solutions и член совета директоров Robert Bosch GmbH.

Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Сомнительная заправка, плохой бензин, «чек» на панели — стандартный и быстрый путь к замене кислородного датчика. Про лямбда-зонд слышали многие автомобилисты, но мало кто разбирался, за что именно он отвечает и почему так легко выходит из строя. Рассказываем про датчик кислорода — «обоняние» двигателя.

Лямбда и стехиометрия двигателя

Название датчика происходит от греческой буквы λ (лямбда), которая обозначает коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси. Для полного сгорания смеси соотношение воздуха с топливом должно быть 14,7:1 (λ=1). Такой состав топливно-воздушной смеси называют стехиометрическим — идеальным с точки зрения химической реакции: топливо и кислород в воздухе будут полностью израсходованы в процессе горения. При этом двигатель произведёт минимум токсичных выбросов, а соотношение мощности и расхода топлива будет оптимальным.

Если лямбда будет <1 (недостаток воздуха), смесь станет обогащённой; при лямбде >1 (избыток воздуха) смесь называют обеднённой. Чересчур богатая смесь — это повышенный расход топлива и более токсичный выхлоп, а слишком бедная смесь грозит потерей мощности и нестабильной работой двигателя.

Зависимость мощности и расхода топлива от состава смеси

Из графика видно, что при λ=1 мощность двигателя не пиковая, а расход топлива не минимален — это лишь оптимальный баланс между ними. Наибольшую мощность мотор развивает на слегка обогащённой смеси, но расход топлива при этом возрастает. А максимальная топливная эффективность достигается на слегка обеднённой смеси, но ценой падения мощности. Поэтому задача ЭБУ (электронного блока управления) двигателя — корректировать топливно-воздушную смесь исходя из ситуации: обогащать её при холодном пуске или резком ускорении, и обеднять при равномерном движении, добиваясь оптимальной работы мотора во всех режимах. Для этого блок управления ориентируется на показания датчика кислорода.

Зачем нужен кислородный датчик

Датчиков в современном двигателе великое множество. С помощью различных сенсоров ЭБУ замеряет температуру забортного воздуха и его поток, «видит» положение дроссельной заслонки, отслеживает детонацию и положение коленвала — словом, внимательно следит за воздухом «на входе» и показателями работы мотора, регулируя подачу топлива для создания оптимальной смеси в цилиндрах.

Схема лямбда-коррекции двигателя

Лямбда-зонд показывает, что же получилось «на выходе», замеряя количество кислорода в выхлопных газах. Другими словами, кислородный датчик определяет, оптимально ли работает мотор, соответствуют ли расчёты ЭБУ реальной картине и нужно ли вносить в них поправки. Основываясь на данных с лямбда-зонда, ЭБУ вносит соответствующие коррекции в работу двигателя и подготовку топливно-воздушной смеси.

Где находится кислородный датчик

Датчик кислорода установлен в выпускном коллекторе или приёмной трубе глушителя двигателя, замеряя, сколько несгоревшего кислорода находится в выхлопных газах. На многих автомобилях есть ещё один лямбда-зонд, расположенный после каталитического нейтрализатора выхлопа — для контроля его работы.

Если у двигателя две головки блока (V-образники, «оппозитники»), то удваивается количество выпускных коллекторов и катализаторов, а значит и лямбда-зондов — у современной машины может быть и 4 кислородных датчика.

Устройство кислородного датчика

Классический лямбда-зонд порогового типа — узкополосный — работает по принципу гальванического элемента. Внутри него находится твёрдый электролит — керамика из диоксида циркония, поэтому такие датчики часто называют циркониевыми. Поверх керамики напылены токопроводящие пористые электроды из платины. Будучи погружённым в выхлопные газы, датчик реагирует на разницу между уровнем кислорода в них и в атмосферном воздухе, вырабатывая на выходе напряжение, которое считывает ЭБУ.

Циркониевый элемент лямбда-зонда приобретает проводимость и начинает работать только после прогрева до температуры 300 °C. До этого ЭБУ двигателя действует «вслепую» согласно топливной карте, без обратной связи от кислородного датчика, что повышает расход топлива при прогреве двигателя и количество вредных выбросов. Чтобы быстрее задействовать лямбда-зонд, ему добавляют принудительный электрический подогрев. Кислородные датчики с подогревом внешне отличаются увеличенным количеством проводов: у них 3–4 жилы против 1–2 у обычных датчиков.

В названии узкополосного датчика кроется его недостаток — он способен замерять количество кислорода в выхлопе в достаточно узком диапазоне. ЭБУ может корректировать смесь по его показаниям только в некоторых режимах работы мотора (холостой ход, движение с постоянной скоростью), что не отвечает современным требованиям по экономичности и экологичности двигателей. Для более точных замеров в широком диапазоне используют широкополосный лямбда-зонд (A/F-сенсор), который также называют датчиком соотношения «воздух-топливо» (Air/Fuel Sensor). Обычно к нему подходят 5–6 проводов, хотя бывают и исключения.

Внешне «широкополосник» похож на обычный датчик кислорода, но внутри есть отличия. Благодаря специальным накачивающим ячейкам эталонный лямбда-коэффициент газового содержимого датчика всегда равен 1, и генерируемое им напряжение постоянно. А вот ток меняется в зависимости от количества кислорода в выхлопных газах, и ЭБУ двигателя считывает его в реальном времени. Это позволяет электронике быстрее и точнее корректировать смесь, добиваясь её полного сгорания в цилиндрах.

Почему до сих пор производят узкополосные датчики? Во-первых, для старых автомобилей, где A/F-сенсоры не применялись. Во-вторых, из-за особенностей «широкополосника» его нельзя устанавливать после катализатора, где он быстро выходит из строя. А контролировать работу катализатора как-то надо. Поэтому в современных двигателях ставят два лямбда-зонда разного типа: широкополосный (управляющий) — в районе выпускного коллектора, а узкополосный (диагностический) — после катализатора.

Причины и признаки неисправности лямбда-зонда

Основная причина поломок кислородных датчиков — некачественный бензин: свинец и ферроценовые присадки оседают на чувствительном элементе датчика, выводя его из строя. На состояние лямбда-зонда влияет и нестабильная работа двигателя: при пропусках зажигания от старых свечей или пробитых катушек несгоревшая смесь попадает в выхлопную систему, где догорает, выжигая и катализатор, и датчики кислорода. Приговорить датчик также может попадание в цилиндры антифриза или масла.

Самый очевидный признак неисправности лямбда-зонда — индикатор Check Engine на приборной панели. Считав код ошибки с помощью сканера или самодиагностики, можно проверить, какой именно датчик вышел из строя, если их несколько. Иногда всё дело в повреждённой проводке датчика — с проверки цепи и стоит начать поиск поломки.

Но далеко не всегда проблемный лямбда-зонд зажигает «Чек»: иногда он не ломается полностью, а медленно умирает, давая при этом ложные показания, из-за чего ЭБУ двигателя неверно корректирует состав смеси. В этом случае нужно ориентироваться на косвенные признаки — ухудшение работы двигателя.

Проблемы с датчиком кислорода нарушают всю систему обратной связи и лямбда-коррекции, вызывая целый букет неисправностей. Прежде всего, это увеличение расхода топлива и токсичности выхлопа, снижение мощности и нестабильный холостой ход. Если вовремя не заменить лямбда-зонд, следом выйдет из строя каталитический нейтрализатор, осыпавшись из-за перегрева от обогащённой смеси.

Универсальные кислородные датчики

Цена на оригинальные датчики кислорода вряд ли обрадует автомобилистов, но все лямбда-зонды работают по единому принципу, что позволяет без труда подобрать замену. Главное, чтобы соответствовал типа датчика (широкополосный/узкополосный), количество проводов и резьбовая часть. В продаже есть универсальные кислородные датчики без разъёма, которые можно использовать на десятках моделей автомобилей — подобрать и купить лямбда-зонд не составляет проблемы.

Чтобы избежать проблем с кислородными датчиками, следите за состоянием двигателя, заправляйтесь качественным топливом и регулярно выполняйте компьютерную диагностику, которая позволит выявить неисправности на ранней стадии.

Свойства природного газа

Природный газ — это встречающаяся в природе смесь углеводородных и неуглеводородных газов, обнаруженная в пористых образованиях под поверхностью земли. Это не чистый элемент, такой как кислород, а смесь газов, в которой углеводородные газы являются горючими компонентами и выделяют тепло.

Природный газ, распределяемый коммунальными предприятиями, различается по составу. Углеводороды, производящие тепло, состоят из элементов углерода и водорода.Метан (Ch5) всегда самый крупный компонент. Этан, пропан (C3H8) и бутан — более тяжелые и «горячие» углеводороды, добываемые из скважин природного газа, и присутствуют в их низкой концентрации. Азот, кислород и углекислый газ являются основными компонентами (99,9%) воздуха, но считаются загрязнителями природного газа.

Что такое природный газ? Прочтите подробную статью Американской газовой ассоциации — ведущей организации в сфере газоснабжения и трубопроводов на сайте What is Natural Gas? . Также есть хорошая статья с дополнительной информацией Здесь

Сжигание природного газа — это химическая реакция кислорода с горючим материалом, выделяющая тепло.

Есть три требования для горения. Если один из этих трех компонентов отсутствует, возгорания не произойдет.

• Топливо (в данном случае природный газ)
• Кислород
• Источник возгорания

Природный газ не будет гореть, если смесь не будет в пределах воспламеняемости примерно от 5 до 15% газа в воздухе; наиболее эффективная или идеальная смесь составляет около 10% газа.

Горючая смесь природного газа с воздухом не загорится, пока ее температура не поднимется до минимальной температуры воспламенения, которая составляет 1150 ° F. Вот возможные источники возгорания:

• Любое открытое пламя, такое как запальная лампа, спичка или зажженная свеча
• Искра статического электричества
• Выключатель света
• Нагревательный элемент или двигатель в электрическом приборе
• Двигатель внутреннего сгорания при работе или запуске
• Трансформатор электрический
• Звонок в дверь

Почему на солнце не заканчивается кислород при горении?

Категория: Космос Опубликовано: 20 марта 2015 г.

Public Domain Image, источник: SOHO / ESA / NASA.

У солнца не заканчивается кислород по той простой причине, что оно не использует кислород для горения. Сжигание солнца — это не химическое горение. Это ядерный синтез. Не думайте о солнце как о гигантском костре. Это больше похоже на гигантскую водородную бомбу.

При стандартном сгорании углерода атомы углерода в топливе движутся ближе к атомам кислорода в воздухе и связываются вместе, образуя диоксид углерода и монооксид углерода. В то же время атомы водорода в топливе связываются с атомами кислорода, образуя молекулы воды.Часто при пожаре на основе углерода происходят другие химические реакции, но основными из них являются сгорание атомов углерода и водорода. Это горение высвобождает энергию, которую мы воспринимаем как тепло и свет, излучаемые пламенем. Большинство пожаров, которые мы видим в повседневной жизни, связаны с сгоранием углерода: костры, пламя в духовках, пламя свечей, грили для барбекю, лесные пожары, газовые печи, горение бензина в двигателях и т. Д. Важно помнить, что для сгорания углерода требуется кислород. Как только не остается кислорода, горение угля прекращается.

При ядерном синтезе ядра атомов сливаются вместе, образуя новые, более крупные ядра. Поскольку ядро ​​атома определяет, что это за атом и как он себя ведет, изменение ядра заставляет атом стать новым элементом. Например, два атома водорода сливаются вместе, образуя один атом гелия. Ядерный синтез не требует кислорода. Фактически, вам вообще не нужен никакой другой материал. Вам просто нужно достаточно давления или тепла, чтобы сжать ядра атомов достаточно близко, чтобы они преодолели свое электростатическое отталкивание и связались в единое ядро.В ядерной термоядерной бомбе высокие давления и температуры создаются другими бомбами. В ядерном термоядерном реакторе токамак высокие давления и температуры создаются магнитными ограничивающими полями, введением электромагнитных волн и инжекцией частиц высокой энергии. В звездах сильное давление и температура обеспечивается гравитацией. Звезда имеет такую ​​большую массу, что гравитация, создаваемая этой массой, раздавливает звезду настолько, что вызывает ядерный синтез.Ядерный синтез в звездах высвобождает огромное количество энергии, которую мы в конечном итоге воспринимаем как солнечный свет. Энергия, выделяемая при синтезе, также помогает поддерживать реакцию ядерного синтеза. Внутренняя температура нашего Солнца составляет 16 миллионов Кельвинов, а давление в ядре — 25 тысяч триллионов Ньютонов на квадратный метр. Солнце становится настолько горячим от ядерного синтеза, что светится и излучает свет, точно так же, как кусок металла светится красным, если его нагреть.

В ядерном синтезе действуют две основные силы: электромагнитная сила и сильная ядерная сила.Электромагнитная сила отталкивания между положительно заряженными ядрами является дальнодействующей, но относительно слабой, в то время как сильная ядерная сила притяжения является короткодействующей, но сильной. Когда два ядра находятся достаточно далеко друг от друга, преобладает отталкивающая электромагнитная сила, разделяющая ядра. По мере того, как два ядра сближаются, электромагнитное отталкивание усиливается, и сталкивать ядра становится все труднее и труднее. Когда два ядра сближаются достаточно близко, доминирует короткодействующая ядерная сила притяжения, и два ядра слипаются, образуя новое ядро.По этой причине требуется большое давление, чтобы подтолкнуть ядра достаточно близко, чтобы они слились вместе.

В принципе, любые два ядра могут быть слиты в одно ядро. Однако легче всего соединить (и больше всего энергии выделяется) ядра, которые имеют небольшое электромагнитное отталкивание, потому что у них небольшой электрический заряд. Ядра с наименьшим электрическим зарядом — это более легкие элементы, такие как водород и гелий. В звездах происходит синтез водорода в основном с самим собой или с другими легкими элементами.Поскольку гравитация — это то, что обеспечивает давление, чтобы зажечь ядерный синтез в звездах, и поскольку гравитация вызвана массой, все, что вам нужно, это достаточно большая масса водорода, чтобы в конечном итоге горящие звезды. В звездах очень мало кислорода. Кислород, который там есть, был создан путем многократного плавления водорода, пока не превратился в кислород.

Темы: горение, горение, огонь, ядерный синтез, солнце

Основные сведения о газе: Часть 5 — Сжигание —

Продолжая знакомство с пропаном и природным газом, мы должны понимать, что для обоих видов топлива характеристики пламени важны для безопасной и эффективной работы всех устройств, использующих продукт.По мере того как нефтяные компании переходят на рынок газа, теперь необходимо будет рассмотреть новые устройства. С маслом, это было в значительной степени отопление и горячая вода; Но с газом у нас задействовано гораздо больше устройств, и все они будут сжигать топливо. Это включает в себя все: от газовых плит, осушителей, обогревателей, невентилируемых обогревателей, каминных топок, обогревателей для бассейнов и уличных грилей — на самом деле, существует неограниченное использование этих видов топлива. Есть также новые соображения безопасности, такие как утечки газа и способы их устранения (мы обсудим их в следующих статьях). Что касается пропана, то еще одна проблема — это нехватка газа и необходимые испытания под давлением и испытания на герметичность, которые должны выполняться при работе с этими вызовами (они также будут рассмотрены в следующих статьях).

Два вида топлива, поскольку они уже являются газами, готовы к сжиганию с пониженным содержанием остатков и обычно без образования сажи. Все другие виды топлива требуют некоторого изменения характеристик, прежде чем они будут гореть, включая уголь, древесину и даже нефть; все должны превратиться в форму газа, прежде чем сгорят. В случае масла это достигается за счет давления для распыления масла через форсунку.Это горение испускает видимый свет, обнаруживаемый ячейкой CAD для безопасной работы. Но с пропаном и природным газом видимый свет очень мало, поэтому ячейка CAD не сможет обнаружить газовое пламя. Однако газовое пламя испускает инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, и, в частности, в коммерческих и промышленных применениях у нас есть системы обнаружения ультрафиолетового пламени, позволяющие горелкам работать безопасно. Эти устройства слишком дороги для использования в газовых жилых системах. Имея это в виду, мы должны иметь другие устройства безопасности для обнаружения пламени и безопасной работы.Мы рассмотрим это в следующих статьях.

Проблема как с пропаном, так и с природным газом заключается в том, чтобы добиться сжигания с минимальным содержанием окиси углерода (CO) или без него. Стандарты ANSI (Американский национальный институт стандартов) для отопления и нагрева воды составляют 0,04% (400 частей на миллион в пробе дымохода). Для газовых духовок это 0,08% (800 частей на миллион). Это действительно слишком много — мы стремимся к уровню ниже 100 промилле в системах отопления и горячего водоснабжения. Для газовых духовок мы хотели бы иметь значение 25 PPM или ниже — чем ниже, тем лучше.Что касается уровней CO в жилой среде, EPA утверждает, что для жилых жилых помещений 9 PPM. OSHA и NIOSH для рабочей среды указывают от 35 до 50 PPM при средневзвешенном времени 8 часов.

Давайте рассмотрим некоторые из этих характеристик и способы их достижения.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛАМЕНИ

Правильное газовое пламя — это мягкое голубое пламя, которое стабильно, не поднимается и не плавает.

Три отдельных конуса, как показано на

Рис. 1 Щелкните изображение, чтобы увеличить

Рисунок 1 должен быть виден.В пламени не должно быть желтого цвета, так как это характерно для углерода.

Внешний конус пламени (самая горячая часть пламени) не должен касаться каких-либо поверхностей. Когда внешний конус «ударяется» о более холодные поверхности, такие как секции котла или теплообменники печи, образуются отложения углерода и присутствует окись углерода.

Внешняя мантия может касаться поверхностей, так как это просто продукты сгорания.

Если смотреть на пламя основной горелки, как на рисунке 2, должны быть видны такие же отчетливые конусы.Бывают случаи, когда в пламени появляются «оранжевые пятна». Это вызвано взбалтыванием пыли вблизи горелки или ее потревожением и ослаблением небольшого количества ржавчины или пыли. Это не повод для беспокойства, так как он сгорит. Единственное беспокойство вызывает светящееся желтое пламя.

Если по какой-либо причине более горячая часть газового пламени (внешний конус) должна коснуться более холодной поверхности, это называется «столкновением». На рисунке 3 это показано. Это показывает, что нагар будет накапливаться на поверхности теплообменника или бойлера.

Рисунок 2: Щелкните изображение, чтобы увеличить

Также существует другой класс соединений, называемых «альдегидами», образующихся из-за неполного сгорания. Хотя окись углерода не имеет запаха, альдегиды имеют резкий, пронзительный запах. Запах альдегидов отличается от запахов, добавляемых в газ для обнаружения, и их не следует путать. Отсутствие альдегидов не гарантирует отсутствия окиси углерода в продуктах дымовых газов. Однако если присутствует запах альдегидов, то окись углерода будет присутствовать почти всегда.Альдегиды, как и окись углерода, токсичны.

Сгорание

Важно понимать основы горения. Во всех аспектах эксплуатации первостепенное значение имеет правильное и безопасное сгорание. Есть много факторов, которые могут повлиять на хорошее сгорание. Важно понимать, что помимо того, что мы будем здесь обсуждать, есть очень сложные вопросы, связанные со сгоранием, которые необходимо учитывать.

Рисунок 3: Щелкните изображение, чтобы увеличить

Значение горения

Вся материя состоит из основных веществ, называемых элементами.Один из самых распространенных элементов на Земле — кислород. Около 20 процентов нашего воздуха состоит из кислорода. Многие материалы вступают в реакцию с кислородом, этот процесс называется окислением. Ржавление металлов — обычная повседневная форма этого процесса. Некоторым реакциям окисления необходимо добавить тепло, чтобы они протекали и продолжались. У других тепло отдается. Когда кислород взаимодействует с веществом, быстро выделяя большое количество тепла (и обычно света), этот процесс называется горением или горением.

При наличии достаточного количества воздуха топливные газы будут гореть в обычном состоянии. С другой стороны, твердое или жидкое топливо необходимо сначала заменить на газ, прежде чем оно начнет гореть. Обычно для превращения жидкостей или твердых тел в газы требуется тепло

Требования к горению

Три вещи, необходимые для возгорания, показаны в виде треугольника горения на Рисунке 4: должны присутствовать топливо, кислород (воздух) и тепло (температура). В противном случае горение не начнется или не будет продолжаться после его начала. Уберите любого из трех, и горение прекратится.Этот факт можно показать, рассмотрев способы тушения пожара. Если все несгоревшие дрова (топливо) утащить от огня, огонь скоро погаснет. На огонь можно накинуть тяжелое одеяло. Прекращается подача свежего воздуха (кислорода), тушение огня. По такому же принципу работают и пенные огнетушители, перекрывая подачу воздуха к огню. Вода, брошенная в огонь, охлаждает дерево. При понижении температуры ниже точки возгорания огонь гаснет. Конечно, в первую очередь для разжигания огня необходимо тепло. То же самое и с газовым «огнем». Требуется некоторый источник тепла, который повысит температуру газа до температуры воспламенения, которая составляет (от 1100 ° до 1200 ° F).

В горящем газе должны присутствовать все три элемента: топливо, воздух и тепло. Один только газ не горит. Также необходим воздух, который поставляет кислород. Для воспламенения газа в газовых приборах можно использовать открытое пламя (пилотное), искровое зажигание или даже запальник с горячей поверхностью. Тогда газовое пламя само обеспечивает тепло, необходимое для устойчивого горения.

Основы химии горения

Горение газа — это химическая реакция между топливным газом и кислородом. На рис. 5 показан случай горения метана. Основными элементами обычных топливных газов являются водород (H) и углерод (C). Когда водород горит, образуется водяной пар. Молекула воды, обозначенная символом h3O, состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. При полном сгорании углерода в топливных газах образуется двуокись углерода. Его символ — CO2, в каждой молекуле — один атом углерода и два атома кислорода.

Рисунок 4: Щелкните изображение, чтобы увеличить

Топливный газ (например, метан) и кислород реагируют друг с другом при горении, так называемые реагенты. Водяной пар и углекислый газ, образующиеся при горении, называют продуктами горения.

На рисунке 5 реагентами являются метан (Ch5) и кислород. На каждую молекулу метана требуется две молекулы кислорода. Продуктами являются углекислый газ и водяной пар. При сжигании одной молекулы метана образуется одна молекула диоксида углерода и две молекулы водяного пара.Общее количество атомов каждого типа в реагентах должно равняться общему количеству атомов того же типа в продуктах.

На рисунке 5 также показано полное сгорание метана с точно необходимым количеством кислорода. Эту базовую модель процесса горения следует понимать по трем причинам:

Во-первых, он показывает, что при полном сгорании топливного газа образуются только безвредные углекислый газ и водяной пар.

Во-вторых, он показывает точное количество кислорода, необходимое для полного сжигания данного топливного газа.

В-третьих, он показывает, что при полном сжигании определенного количества топливного газа образуется определенное количество продуктов.

Модель, показанная на рисунке 5, выражена в виде молекул. Эта цифра также может быть выражена в кубических футах используемых газов, заменив кубические футами молекулы. Два кубических фута кислорода необходимы, чтобы полностью сжечь один кубический фут метана. В результате образуется один кубический фут углекислого газа и два кубических фута водяного пара.Обычно, конечно, для сжигания топливного газа используется воздух, содержащий кислород, а не чистый кислород.

Полное сгорание

На рисунке 5 показана идеальная модель полного сжигания метана кислородом. В газовых приборах для сжигания газа используется воздух, а не чистый кислород. Воздух содержит около 20 процентов кислорода и 80 процентов азота.

Рисунок 5: Щелкните изображение, чтобы увеличить

Свойства природного газа

Природный газ — это встречающаяся в природе смесь углеводородных и неуглеводородных газов, обнаруженная в пористых формациях под поверхностью земли.Это не чистый элемент, такой как кислород, а смесь газов, в которой углеводородные газы являются горючими компонентами и выделяют тепло.

Природный газ, распределяемый коммунальными предприятиями, различается по составу. Углеводороды, производящие тепло, состоят из элементов углерода и водорода. Метан (Ch5) всегда самый крупный компонент. Этан, пропан (C3H8) и бутан — более тяжелые, «горячие» углеводороды, добываемые из скважин природного газа, и присутствуют в низкой концентрации. Азот, кислород и углекислый газ являются основными компонентами (99.9%) воздуха, но считаются загрязнителями природного газа.

Что такое природный газ?
Прочтите подробную статью Американской газовой ассоциации, ведущей организации по газоснабжению и трубопроводам. Что такое природный газ?

Сжигание природного газа — это химическая реакция кислорода с горючим материалом, выделяющая тепло.

Есть три требования для горения. Если один из этих трех компонентов отсутствует, возгорания не произойдет.

• Топливо (в данном случае природный газ).
• Кислород.
• Источник возгорания.

Природный газ не будет гореть, если воспламеняемость смеси не превышает примерно 4–15% газа на объем воздуха. Выше и ниже этих значений он не будет гореть. Самая эффективная или идеальная смесь — это около 10% газа.

Горючая смесь природного газа с воздухом также имеет очень высокую температуру воспламенения, около 1150 ° F, что почти вдвое превышает температуру воспламенения бензина.Вот возможные источники возгорания:

• Любое открытое пламя, такое как запальная лампа, спичка или зажженная свеча.
• Искра статического электричества.
• Выключатель света.
• Нагревательный элемент или двигатель в электрическом приборе.
• Двигатель внутреннего сгорания, работающий или запускаемый.
• Трансформатор электрический электрический.
• Звонок в дверь

Природный газ легче воздуха, поэтому он может быстро рассеиваться в воздухе, что затрудняет случайное возгорание.Он также бесцветен, нетоксичен и не имеет вкуса в естественном состоянии. При добыче из земли природный газ не имеет запаха. PNG добавляет нетоксичный химический одорант под названием меркаптан, чтобы облегчить запах утечек. Однако бывают случаи, когда запах одоранта слабый или отсутствует, даже если есть утечка.

В совокупности эти факторы делают случайное возгорание или возгорание природного газа маловероятным. Тем не менее, помочь вам научиться безопасно использовать чистый природный газ в вашем доме — одно из наших главных преимуществ.Для вас и вашей семьи важно понимать природный газ и соответствующую информацию по безопасности.

Газовые установки без выбросов углекислого газа — ScienceDaily

Как мы можем сжигать природный газ, не выбрасывая CO ₂ в воздух? Этот подвиг достигается с помощью специального метода сжигания, который TU Wien исследует в течение многих лет: горение с химическим контуром (CLC). В этом процессе CO ₂ может быть изолирован во время сгорания без использования какой-либо дополнительной энергии, что означает, что он может затем накапливаться.Это предотвращает его выброс в атмосферу.

Метод уже успешно применялся на испытательном стенде с топливной мощностью 100 кВт. В рамках международного исследовательского проекта теперь удалось значительно увеличить масштабы технологии, тем самым создав все необходимые условия для строительства полнофункциональной демонстрационной установки мощностью 10 МВт.

Изоляция CO ₂ от других дымовых газов

Сжигать природный газ намного чище, чем сжигать сырую нефть или уголь. Однако у природного газа есть огромный недостаток, заключающийся в том, что при сгорании он выделяет CO ₂ , что пагубно влияет на климат. CO ₂ обычно входит в состав смеси дымовых газов вместе с азотом, водяным паром и другими веществами. В этой смешанной форме CO ₂ нельзя ни хранить, ни рециркулировать.

«Однако на предприятиях, с которыми мы работаем, процесс сжигания принципиально отличается», — объясняет Стефан Пентор из Института химической инженерии в Венском техническом университете.«Благодаря нашему методу сжигания природный газ вообще не контактирует с воздухом, потому что мы разделяем процесс на две отдельные камеры».

Гранулят из оксида металла циркулирует между двумя камерами и отвечает за транспортировку кислорода из воздуха в топливо: «Мы прокачиваем воздух через одну камеру, где частицы поглощают кислород. Затем они перемещаются во вторую камеру, которая имеет естественный газ, протекающий через него. Здесь выделяется кислород, а затем происходит беспламенное горение с образованием CO ₂ и водяного пара », — объясняет Пентор.

Разделение на две камеры означает, что необходимо иметь дело с двумя отдельными потоками дымовых газов: воздух с пониженной концентрацией кислорода выпускается из одной камеры, водяной пар и CO ₂ — из другой. Водяной пар можно довольно легко отделить, оставив почти чистый CO ₂ , который можно хранить или использовать в других технических целях. «Крупномасштабное подземное хранение CO ₂ в бывших резервуарах природного газа может иметь большое значение в будущем», — считает Стефан Пентор.Межправительственная группа экспертов ООН по изменению климата (МГЭИК) также считает подземное хранение CO ₂ важным компонентом любой будущей климатической политики. Однако CO ₂ может храниться только в том случае, если он был отделен настолько чистым, насколько это возможно — точно так же, как и при новом методе сжигания CLC.

Благодаря разделению двух потоков дымовых газов отпадает необходимость в очистке CO ₂ из дымовых газов, что позволяет сэкономить много энергии. Несмотря на все это, электричество вырабатывается обычным способом, и количество выделяемой энергии точно такое же, как и при сжигании природного газа обычным способом.

Масштабирование выполнено успешно

Прошло несколько лет с тех пор, как TU Wien впервые смогла продемонстрировать на испытательном стенде, что метод сжигания CLC работает. Теперь большая задача заключалась в том, чтобы перепроектировать процесс так, чтобы его можно было перенести на крупномасштабные установки, которые также были бы экономически жизнеспособными. Необходимо было не только пересмотреть всю конструкцию установки, но и разработать новые методы производства частиц оксида металла. «Для большого предприятия требуется много тонн этих частиц, поэтому экономическая осуществимость концепции в значительной степени зависит от возможности их простого и достаточно высокого качества производства», — говорит Стефан Пентор.

Исследовательский проект SUCCESS работает над проблемами, подобными этой, уже три с половиной года. TU Wien координировала проект с участием 16 партнерских организаций со всей Европы, и между ними группе удалось решить все важные технические вопросы. Пересмотренный проект установки основан на двух патентах на технологию псевдоожиженного слоя, принадлежащих TU Wien. «Мы достигли нашей цели: мы разработали технологию до такой степени, что работы на демонстрационном объекте мощностью 10 МВт могут начаться в любой день», — говорит Стефан Пентор.Однако этот следующий шаг не для исследовательских институтов; сейчас нужны частные или государственные инвесторы. Успех технологии будет также зависеть от политической воли и от преобладающих условий в энергетической отрасли будущего. Кроме того, этот следующий шаг также важен, потому что это единственный способ получить опыт, необходимый для использования технологии в промышленных масштабах в долгосрочной перспективе.

Тем временем исследовательская группа TU Wien уже поставила перед собой цель достичь следующей научной цели: «Мы хотим развивать этот метод и дальше, чтобы он мог сжигать не только природный газ, но и биомассу», — говорит Пентор. «Если бы биомасса была сожжена и выделился CO ₂ , это не только было бы нейтральным процессом CO ₂ , но и уменьшило бы общее количество CO ₂ в воздухе. Таким образом, вы могли бы производить энергию и в то же время сделать что-то хорошее для глобального климата «.

Сгорание

Для перемещения самолета или модель ракеты по воздуху, мы должны использовать двигательную установку для создания толкать. Различные типы использования самолетов различных типов силовых установок, но все самолеты полагаются на некоторые тип двигателя для выработки энергии.Ракета двигатели внутреннего сгорания или поршневые двигатели, а также реактивные Все двигатели зависят от сжигания топлива для выработки энергии. Сжигание топлива называется горением , — химическим процессом, мы учимся в средней или старшей школе.

Поскольку горение так важно для двигателей самолетов и ракет, мы рассмотрим основы. Горение — это химический процесс в котором вещество быстро реагирует с кислородом и выделяет тепло. Исходное вещество называется топливом , и источником кислород называется окислителем .Топливо может быть твердым, жидкость или газ, хотя для движения самолета топливо обычно жидкость. Окислитель также может быть твердое, жидкое или газовое, но обычно это газ (воздух) для самолетов. Для модельных ракет твердый используется топливо и окислитель.

Во время горения новые химические вещества образуются из топливо и окислитель. Эти вещества получили название выхлопа . Большая часть выхлопных газов образуется в результате химических комбинаций топлива и кислород. Когда горит топливо на основе водорода и углерода (например, бензин), выхлопные газы включают воду (водород + кислород) и углекислый газ (углерод + кислород).Но выхлоп также может включать химические соединения. только от окислителя. Если бензин горит на воздухе, который содержит 21% кислорода и 78% азота, выхлоп также может включают оксиды азота (NOX, азот + кислород). В температура выхлопа высокий из-за высокая температура который передается в выхлоп при сгорании. Из-за высоких температур выхлоп обычно происходит в виде газа, но могут быть и жидкие, и твердые продукты выхлопа. Сажа , например, представляет собой форму твердого выхлоп, который происходит в некоторых процессах горения.

В процессе сгорания, поскольку топливо и окислитель вращаются в выхлопные продукты выделяется тепло. Интересно, что какой-то исходник тепла также необходимо для начала горения. Бензин и воздух оба присутствуют в топливном баке вашего автомобиля; но горение не возникают из-за отсутствия источника тепла. Поскольку тепло одновременно требуется для начала горения и сам является продуктом горения, мы можем понять, почему горение происходит очень быстро. Кроме того, однажды начинается горение, нам не нужно предоставлять источник тепла потому что тепло сгорания будет поддерживать работу.Нам не нужно постоянно зажигать костер, он просто продолжает гореть.

Подводя итог, для возникновения горения должны быть выполнены три условия: присутствуют: сжигаемое топливо, источник кислорода и источник высокая температура. В результате сгорания образуются выхлопные газы и выделяется тепло. вышел. Вы можете контролировать или останавливать процесс горения, контроль количества доступного топлива, количества кислорода доступный, или источник тепла.

---

Деятельность:


---

Экскурсии с гидом

---

Навигация..




Руководство для начинающих Домашняя страница

В: Если закись азота негорючая, как она добавляет столько энергии?

Q : Если закись азота негорючая, как она увеличивает мощность двигателя? Кроме того, можно ли оборудовать снегоход закись азота? — Пол Д., Maple Grove

A: Мощность двигателя исходит от топлива, которое с большой силой расширяется при воспламенении. Чем больше топлива вы можете сжечь, тем больше мощности вы получите — точно так же, как M80 намного мощнее петарды или петарды Black Cat. Мощность типичного двигателя не ограничивается потоком топлива — более крупный карбюратор или несколько карбюраторов или впрыск топлива могут сбрасывать больше газа, чем двигатель может сжечь. Когда кислорода недостаточно для закачанного топлива, избыток газа не сгорает. Узкое место — воздух, а точнее кислород.

Для сжигания и высвобождения энергии бензину требуется огромное количество кислорода из воздуха.Это не так уж отличается от человека-спортсмена, которому также требуется кислород для поддержания движения мышц и активности мозга. Когда не хватает воздуха, неодушевленная и человеческая машина дает сбой. Принудительная индукция, такая как турбонаддув и наддув, предназначена для добавления в двигатель большего количества воздуха, большего количества кислорода, чтобы он мог сжигать больше топлива и производить больше мощности.

Закись азота (которую можно комбинировать с этими технологиями) использует другой подход.Вместо того, чтобы накачивать воздух для подачи большего количества его в двигатель, закись азота охлаждает воздух, делая его намного плотнее и значительно увеличивая количество кислорода по объему — чем плотнее воздух, чем ближе друг к другу его молекулы, тем больше в нем кислорода. Крышки капота, набегающий воздух и т. Д. Предназначены для подачи более холодного и насыщенного кислородом воздуха из-за пределов моторного отсека.

Когда драгрейсеры — на трассе или в сюжетах на серебряном экране из фильмов «Форсаж» — наносят удар закиси азота, легковоспламеняющееся вещество, которое они запихивают в воздухозаборники своих двигателей, — это не сам закись азота, а дополнительное топливо. которые могут сгореть из-за огромного притока кислорода в переохлажденном воздухе.Весь этот кислород соединяется с присутствующим газом, который сгорает, чтобы произвести энергию. Закись азота добавляет столько кислорода, что система закиси азота также будет обеспечивать дополнительное топливо, чтобы избежать обедненной смеси. Когда для доступного топлива слишком много кислорода, внутри цилиндра будет слишком много пламени и слишком много тепла, что может привести к ожогу поршней и возникновению других проблем.

Хотя составная закись азота не горючая, она разрушается при температуре около 565 градусов по Фаренгейту, и выделяющийся в этой точке кислород помогает сжигать топливо, как и любой другой кислород.Таким образом, закись азота добавляет кислород двумя способами — путем переохлаждения воздуха, который сопровождает смесь азотного топлива, и путем высвобождения самого кислорода, когда он достигает своей температуры диссоциации внутри гораздо более горячей камеры сгорания. Есть несколько сложных дискуссий о вытеснении воздуха закисью во впускном канале, но все согласны с очевидной выгодой от использования закиси азота, так что это довольно академический материал.

Да, в снегоход можно добавить закись азота. Любители скорости добавили его практически ко всем типам двигателей, которые вы можете назвать. Однако действуйте осторожно, потому что закись азота может повредить двигатели, если они неправильно установлены или используются, и может нанести вред людям, если автомобиль выйдет из строя или переохлажденная закись азота попадет на вашу кожу. Быстрый поиск в Интернете по запросу «закись азота для снегоходов» обнаруживает различные фирмы и комплекты для этой цели. Тщательно исследуйте, чтобы убедиться, что комплект, который вы покупаете, подходит для двигателя вашей машины. И помните, что повышенная мощность также означает повышенную нагрузку на компоненты двигателя.Власть вызывает привыкание (человеческая история доказывает это), и всегда есть тенденция хотеть немного большего. Слишком сильно или слишком часто давите на двигатель, и вы его износите или сломаете.

.