Файл: Вагоныцистерны российских железных дорог (20)12 для перевозки бензина.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.05.2024
Просмотров: 6
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Бензи́н — горючая смесь лёгких углеводородов с температурой кипения от +33 до +205 °C (в зависимости от примесей). Плотность около 0,71...0,76 г/см³. Теплотворная способность около 10 600 ккал/кг (44,4 МДж/кг, 32,7 МДж/литр). Температура замерзания около −60 °C в случае использования специальных присадок.
Бензины используются в качестве моторного топлива и сырья в промышленном органическом синтезе.
Вагоны-цистерны российских железных дорог (20)[1][2] для перевозки бензина
Прямогонные бензины
Долгое время бензин получали путём ректификации (перегонки) и отбора фракций нефти, выкипающих в определённых температурных пределах (до 100 °C — бензин I сорта, до 110 °C — бензин специальный, до 130 °C — бензин II сорта). Однако общим свойством этих бензинов является низкое октановое число. Вообще получение прямогонных бензинов с октановым числом выше 65 по моторному методу редко и возможно лишь из нефти Азербайджана, Средней Азии, Краснодарского края и Сахалина. Однако даже для дистиллятов из этих нефтей характерно резкое понижение октанового числа с ростом температуры конца отбора. Поэтому всю бензиновую фракцию (конец кипения 180 °C) используют редко. Для нефтей Урало-Волжского бассейна, Казахстана, а также месторождений Западной Сибири характерно преобладание нормальных парафиновых углеводородов, поэтому прямогонные бензины из них характеризуются низкими октановыми числами. Это побудило нефтепереработчиков ещё в 1930-е годы отбирать фракцию до 90-95 °C, чтобы в неё не попадал н-гептан, либо включать в отбор более тяжёлые фракции с их последующей чёткой ректификацией для удаления нормальных парафинов[3]. Подобная «денормализация» прямогонных бензинов позволяет довести октановое число до 74-76 пунктов с существенным, однако, снижением выхода целевого продукта. В настоящее время из нефтей отгоняют фракцию НК-180 °C, которую потом вторично делят на фракции НК-62 °C или НК-85 °C. Эти последние дистилляты используют как компоненты товарных бензинов либо направляют на облагораживание (изомеризацию).
Алкил-бензин
Алкил-бензин представляет собой смесь изомеров углеводородов С7 и С8 и получается в процессе алкилирования изобутана бутиленами. Алкил-бензин широко используется как компонент автомобильных и авиационных бензинов и обладает высоким ОЧИМ 90-93. Алкил-бензин можно получать, вовлекая в сырьё алкилирования пропилен и амилены.
Лидером по производству алкил-бензина являются США (более 40 млн т/год). В России производится менее 1 млн т/год алкил-бензина, что объясняется отсутствием ресурсов бутан-бутиленовой фракции, которую получают в процессе каталитического крекинга, не получившего широкого распространения в России. Кроме того, сам процесс алкилирования в России технически устарел и стал малоэффективным, что повлекло сжигание избытка сырья.
В первой половине XX века для повышения октанового числа начали применять крекинг и риформинг, которые преобразуют линейные цепочки нормальных алканов — основной составляющей прямогонного бензина — в разветвлённые алканы и ароматические соединения соответственно.
История
1910-е годы
Во время раннего развития бензиновых двигателей самолёты летали на автомобильном топливе, так как специальные авиационные бензины для них ещё не были разработаны. Эти ранние виды топлива назывались «прямозаводящимися» бензинами и являлись побочными продуктами дистилляции сырой нефти при производстве керосина, который тогда использовался в качестве топлива для керосиновых ламп. Производство бензина не превосходило производство керосина до 1916 года. Ранние бензины были продуктом дистилляции сырой нефти и не содержали продуктов переработки или другого сырья. Формула таких бензинов была неизвестна, а качество очень зависело от сырой нефти, которая добывалась в разных областях, в различных смесях и с разным коэффициентом. Основной характеристикой бензина был удельный вес по шкале Боме, а позже — летучесть (способность выпускать газ), определяющаяся точкой кипения, которая стала основной характеристикой для производителей бензина. Ранние бензины, созданные из восточной нефти, имели довольно высокий результат по шкале Боме (от 65 до 80) и назывались «Pensilvania High test» или просто «High test».
В 1910 году увеличение объёма производства автомобилей и увеличение потребления бензина привели к увеличенному спросу на него. В то же время развитие электрических сетей привело к уменьшению спроса на керосин и, соответственно, вызвало проблему с поставками. Случилось так, что нефтяная промышленность попала в ловушку: перепроизводство керосина и недостаточное производство бензина не могли изменить коэффициент обоих продуктов, производимых из нефти. Решение этой проблемы было найдено в 1911 году, когда развитие процесса Бертена привело к термальному крекингу сырой нефти, выработка бензина из тяжелых углеводородов увеличилась. Также произошло расширение иностранных рынков сбыта, куда поставлялся керосин, больше не пользующийся спросом на внутреннем рынке. Тогда существовало мнение, что эти новые крекинговые бензины не имеют вредного воздействия. Также существовала практика смешивания легких и тяжелых растворов, которая привела к тому, что такие бензины начали называть «смешанными»[4].
Постепенно такое качество бензина, как летучесть, превзошло тест Боме. В июне 1917 года компания Стэндарт Ойл (самый крупный в то время нефтепереработчик в США) объявила, что самым главным качеством бензина является его летучесть.[5] Было подсчитано, что октановый рейтинг бензина составляет от 40 до 60 октанов, иногда достигая от 50 до 65 октанов[6].
До вступления США в первую мировую войну их европейские союзники использовали топливо, произведенное из сырой нефти, которую добывали на Борнео, Яве и Суматре. Оно обеспечивало удовлетворительное функционирование боевых самолётов. После вступления в Первую Мировую войну в апреле 1917 США стали главным поставщиком бензина.[7] Спустя некоторое время было выявлено, что двигатели стали функционировать хуже, а топливо, которое использовалось для автомобилей, является неподходящим для самолётов. После потери определённого числа боевых единиц особое внимание было уделено качеству топлива. Последующие тестовые полеты, проведенные в 1937 году, показали, что снижение октанового числа на 13 пунктов (от 100 до 67) снижает производительность двигателя на 20 % и увеличивает расстояние взлета на 45 %[8].
США 1918—1929
С 1917 по 1919 год использование топлива с термическим крегингом увеличилось вдвое. Так же резко возросло использование натурального бензина. В это время во многих штатах были введены спецификации для моторного топлива, но ни одна из них не была согласована, а также не являлась удовлетворяющей с той или иной точки зрения. Производители топлива начали специфицировать ненасыщенный материальный коэффициент (продукты с термальным крекингом вызывали гуммирование и во время использования, и во время хранения, а ненасыщенные углеводороды были более реактивными и содержали больше нечистот, что приводило к гуммированию). В 1922 году Правительство Соединенных Штатов опубликовало первую официальную спецификацию авиационного бензина. Для авиационного бензина вывели две оценки: «Боевая» и «Домашняя». Они зависели от точки кипения, цвета, содержания серы и теста на выделение смол. Тест на выделение смол привел к тому, что топливо с термическим крекингом больше не использовалось. Авиационное топливо вернулось к фракционным прямогонным бензинам, к смешанным прямогонным или к переработанным бензинам с термальным крегингом. Такой ситуация оставалась до 1929 года[9].
Автомобильная промышленность отреагировала на увеличенный спрос на бензин с термальным крегингом с тревогой. Процесс термального крекинга выделял большое количество моно- и диолефинов (ненасыщенных углеводородов) с возрастающим риском гуммирования[10]. Также уменьшалась летучесть бензина до точки, когда бензин не испарялся, прилипая к свечам зажигания, прирастая к ним, из-за чего двигатель тяжело заводился и хуже работал.[11]
Поскольку производители автомобилей были очень недовольны последовательным снижением качества топлива, они предложили ввести стандарты качества для поставщиков топлива. Производители топлива, в свою очередь, обвинили производителей автомобилей в том, что они прикладывают мало усилий для повышения экономичности автомобилей. Этот спор известен, как «Проблема топлива». Враждебность между этими двумя отраслями росла, каждый обвинял другого в том, что они не предпринимают достаточных усилий для решения проблемы. Выход был найден только тогда, когда Американский институт нефти созвал конференцию, целью которой было решение «Проблемы топлива», и в 1920 году был создан Объединённый комитет по исследованию топлива. Помимо представителей двух отраслей, Общество автомобильных инженеров сыграло свою роль вместе с Американским бюро стандартов, которое было выбрано для проведения беспристрастных исследований. В большинстве своем исследования касались проблем летучести топлива, потребления топлива, легкости зажигания, разжижения топлива в картере и ускорения[12].
Споры об этилированном бензине 1924—1925
В связи с увеличившимся использованием бензинов термического крекинга возникла озабоченность проблемой «ненормального сгорания». Начались исследования антидетонационных добавок. Во второй половине 1910-х А. Х. Гибсон, Харри Рикардо, Томас Мидгли-младший и Томас Бойд начали исследовать ненормальное сгорание. В начале 1916 года Чарльз Ф. Кетеринг начал исследовать добавки, основываясь на двух путях: «высокопроцентные» (куда в большом количестве добавлялся этанол) и «низкопроцентные», (для которых достаточно было 2-4 граммов на галлон). Исследование «низкопроцентных» привело к открытию тетраэтилсвинца в декабре 1921 года, продукта исследования Мидгли и Бойда. Благодаря этому открытию появился цикл улучшений качества бензина, что совпало с широкомасштабным развитием производства по переработке нефти. Кетеринг запатентовал тетраэтилсвинец и начал продвигать его среди других возможных решений.
Опасность использования свинца была уже доказана, Кеттеринг напрямую был предупрежден Робертом Уилсоном, Рейдом Хантом из Гарварда, Янделлом Хендерсоном из Йеля и Чарльзом Краусом из немецкого Института в Потсдаме об опасности его использования. Краус работал с тетраэтилсвинцом уже много лет и называл его «ползучим злым ядом», который убил одного из членов комиссии его диссертации.[13][14] 27 октября 1924 года газеты рассказали по всей стране об отравлении свинцом рабочих на нефтеперерабатывающем заводе возле Элизабет, штата Нью Джерси. К 30 октября потери уже составляли 5 человек. В ноябре Рабочая комиссия в Нью-Джерси закрыла нефтеперерабатывающий завод в Бэйвее. Затем этот случай расследовался по предъявленным обвинениям судом присяжных, но к февралю 1925 года наказания не последовало. Бензины, содержащие свинец, были запрещены к использованию в Нью-Йорке, Филадельфии и Нью-Джерси. Дженерал Моторс, Дюпонт и Стандарт Ойл, которые были партнёрами в Этил корпорэйшин, компании, созданной для производства тетраэтилсвинца, заявили, что
альтернативы этилированному бензину, который обеспечивает эффективность работы двигателя и предупреждает стук в двигателе, не существует[14].
Вторая мировая война
Германия
Нефть и продукты её переработки, особенно высокооктановый авиационный бензин, являлись одним из основных ресурсов, позволявших Германии вести войну. Фактически весь авиационный бензин изготавливался в Германии на заводах по синтезу нефти, он гидрогенезировался из угля и угольных смол. Этот способ был изобретен в 1930-х для того, чтобы добиться независимости от поставок топлива. В то время существовало 2 сорта топлива: В-4 или голубого сорта и С-3 или зелёного, которые составляли 3 четверти от общего производства. В-4 был равен 89 октановому топливу, а С-3 приблизительно соответствовал 100-октановому американскому. Захваченные союзниками немецкие самолёты дали возможность произвести анализ топлива, союзники узнали, какой бензин производится в Германии, и это породило октановую гонку, целью которой было получить преимущество в функционировании боевых машин. В дальнейшем в течение войны С-3 был улучшен и равнялся американскому 150 октановому топливу[15].
США
В начале 1944 года Президент Американского института нефти и председатель Военного совета нефтяной промышленности сказал: «Союзники, может быть, приплыли к победе на волне нефти в Первой Мировой войне, но в этой, безусловно, более масштабной Второй Мировой войне мы несемся к победе на крыльях топлива.» В декабре 1941 года у США было 385 000 функционирующих скважин, производящих 1,4 миллиарда баррелей нефти в год, 100-октановый авиационный бензин производился с запасом 40 000 баррелей в день. К 1944 году Соединенные Штаты производили 1,5 миллиарда баррелей в год (67 % от мировой доли), нефтяная промышленность получила 122 завода по производству 100-октанового авиационного бензина с мощностью 400 000 баррелей в день, с ростом производства более чем в 10 раз.[16]
СССР
В СССР существовали разные марки автомобильного бензина имевшие следующие названия: А-56, А-66, А-70, А-72, А-74, А-76, АИ-93, АИ-95 он же "Экстра", а так же Б-70 (авиационный бензин). Первая литера обозначала для какого транспортного средства предназначен бензин, число обозначало октан. Бензины А-56 и А-66, А-70 а позднее А-72 предназначались для автомобилей с нижнеклапанными двигателями выпускавшимися в 1930-1960-е годы. Бензины А-74, позднее А-76 и АИ-93 для автомобилей с верхнеклапанными двигателями выпускавшимися в 1960-1980-е годы. Бензин АИ-95 был в основном для иномарок или правительственных лимузинов ЗИЛ. Литера "И" в марках АИ-93 и АИ-95 обозначала, что октановое число рассчитано по исследовательскому методу. После распада СССР в 1990-е годы бензин А-76 был заменен на марку АИ-80, а АИ-93, на АИ-92. К началу 1980-х годов прекратилось производство бензина А-66, а спустя, примерно, десятилетие и А-72.
