Детонационная стойкость горючего

От качества бензина зависит работа двигателя внутреннего сгорания, кото­рая осуществляется следующим обра­зом. Смесь паров бензина с воздухом засасывается в цилиндр и сжимается поршнем. Сжатая смесь поджигается искрой. Углеводороды, входящие в состав смеси, сгорают. Образующиеся газы двигают поршень, совершая ра­боту. Чем сильнее сжимается смесь паров бензина с воздухом, тем больше мощность двигателя. Однако при мак­симальном сжатии смеси некоторые углеводороды сгорают со взрывом. Происходит удар взрывной волны о поршень, о чем свидетельствует стук в двигателе. Такое взрывное сгорание, называемое детонацией, приводит к преждевременному износу двигателя. Детонацию в основном вызывают угле­водороды нормального (неразветвленного) строения. Углеводороды с раз­ветвленной углеродной цепью, а также непредельные и особенно ароматиче­ские углеводороды допускают значи­тельное сжатие паров бензина с воз­духом.

Детонационную стойкость углеводородов и их смесей (бензин) количественно можно оха­рактеризовать октановым числом. Чем больше это число, тем выше стойкость к детонации. Детонационная стойкость нормального гептана

Н₃С—СН₂—СН₂—СН₂—СН₂—СН₂—СН₃

услов­но принята за 0, а изооктана

CH₃

|

H₃C–CH–CH₂–C–CH₃

| |

CH₃ CH₃

принята за 100. Октановое число бензина численно равно такому процентному содержанию изоокта­на в смеси с нормальным гептаном, при котором детонационная стойкость этой смеси и сравни­ваемого с ним бензина одинакова. Например, если октановое число бензина равно 96, то это означает, что он допускает такое же сжатие своих паров в цилиндре без детонации, как и смесь из 96% изооктана и 4% нормального гептана.

Бензин прямой перегонки содержит много углеводородов нормального строе­ния, поэтому у него невысокое октано­вое число (50–65). Такой бензин не­пригоден для непосредственного исполь­зования. Детонационную стойкость бен­зина можно повысить, добавляя к нему антидетонаторы, например тетраэтилсвинец (ТЭС) или этиловую жидкость. Однако он очень ядовит: вызывает по­ражение нервной системы и другие тяжелые хронические заболевания. По­этому при работе с этилированным бен­зином (содержащим 0,5% ТЭС) сле­дует избегать попадания его на кожу и особенно вдыхания паров. «Этилиро­ванный бензин — яд» — серьезное предупреждение каждому, кто работает с таким бензином. Чтобы отличить эти­лированный бензин от обычного, его окрашивают в сине-фиолетовый цвет. Применение ТЭС в качестве антидето­натора приводит к тому, что ежегодно в атмосферу выбрасывается около 200 000 т свинца, который загрязняет не только воздух, но и почву и водоемы.

Существуют ли другие антидетонаторы, не обладающие столь сильным токсичным действи­ем? В последнее время все более широко приме­няется новый высокоэффективный антидетона­тор — марганец-органическое соединение С₅Н₅Мn(СО)₅, не обладающее токсичным дей­ствием. Увеличить октановое число бензина мож­но введением изооктана, бензола, этилового спирта и некоторых других веществ.

Автомобильный бензин имеет окта­новое число меньше 100, например А-72, А-96. Для авиационных двигате­лей применяют бензин с более высоким октановым числом, например Б-120.

Лигроин, содержащий в своем со­ставе углеводороды с С₈—С₁₄ и керосин (смесь углеводородов С₁₂—С₁₈), исполь­зуют как горючее для тракторов. Керо­син применяют в качестве горючего для реактивных самолетов и ракет.

Дизельная фракция нефтеперегонки — топливо для дизельных двигате­лей. Мазут представляет собой смесь высококипящих углеводородов. Из ма­зута путем перегонки под уменьшенным давлением получают смазочные масла. Перегонка под уменьшенным давлением необходима потому, что при темпера­туре свыше 350°С (при этой темпера­туре перегоняются углеводороды мазу­та) начинается разложение углеводо­родов. Уменьшение давления позволя­ет вести перегонку мазута при значи­тельно меньшей температуре, без раз­ложения углеводородов. Остаток от перегонки мазута называют гудроном. Из гудрона получают битум. Эти про­дукты используются в дорожном строи­тельстве. Мазут применяется и как котельное топливо.

Нефти различных месторождений сильно отличаются друг от друга по фракционному составу. Встречаются легкие нефти, состоящие в основном из бензиновых и керосиновых фракций. Так, например, быстринская нефть (Западная Украина) отгоняется на 75% до 300°С. Во многих нефтях СНГ содержание светлых фракций (выкипающих до 300°С) составляет в среднем 30–50%. Наряду с легкими нефтями, встречаются и тяжелые, почти не содержащие легких дистиллятов. К ним относятся, например, катанглийская (о. Сахалин), ярегская (Ухта) и др., в которых не более 9–12% фракций, выкипающих до 300°С, и практически нет бензиновых фракций.