Топливо, используемое в современном автомобиле, будь то бензин, дизель или даже сжиженный нефтяной газ, должно соответствовать высоким стандартам чистоты, если двигатель автомобиля работает бесперебойно.
Извлечение топлива из сырой нефти
Современное топливо должно быть достаточно летучим, чтобы воспламеняться быстро, даже в неблагоприятных условиях, и оно должно иметь правильную смесь углеводородов, чтобы сгорать достаточно равномерно, чтобы развивать полезную мощность в двигателе внутреннего сгорания. Топливо также должно иметь правильное октановое число, чтобы предотвратить розовый цвет. (слишком ранняя детонация), что может привести к повреждению двигателя.
Двигатели внутреннего сгорания предназначены для работы на топливе определенного сорта и настроены так, чтобы работать достаточно близко к ограничениям, которые может поддерживать это топливо, поэтому в современных видах топлива важно стабильное качество.
И бензин, и дизельное топливо получают из сырой нефти, которая представляет собой сложную смесь многих сотен различных углеводородов, а также других продуктов, которые необходимо удалить во время переработки. Сырая нефть варьируется от источника к источнику; они обычно содержат легкие летучие жидкости, в том числе бензин, а также гораздо более тяжелые, почти твердые компоненты, такие как битум.
Отделение и очистка бензина и дизельного топлива от сырой нефти требует сложных процессов, которые выполняются на нефтеперерабатывающем заводе.
Нефть очищается до компонентов в процессе, называемом фракционной перегонкой. Это позволяет разделить различные компоненты сырой нефти, используя тот факт, что они выкипают и испаряются при разных температурах.
Первый процесс осуществляется в ректификационной колонне, высокой цилиндрической башне высотой до 250 футов (75 м), внутри которой находится от 30 до 40 тарелок, называемых ректификационными тарелками, установленных друг над другом. Нижняя часть колонны остается очень горячей, но температура падает по мере продвижения вверх по колонне, так что каждая тарелка немного холоднее, чем тарелка под ней.
Сырая нефть предварительно нагревается до температуры от 315°C до 370°C, так что все компоненты, кроме самых тяжелых, испаряются. Затем его подают в нижнюю часть ректификационной колонны в виде смеси газа и жидкости. Пары масла поднимаются вверх по колонне через устройства, такие как барботажные колпачки, в разделительных тарелках, что приводит к их тщательному смешиванию с уже находящейся там жидкостью. Более тяжелая, все еще жидкая нефть проходит вниз по колонне.
По мере того, как пар поднимается вверх, он охлаждается в соответствии с падением температуры поддонов. Всякий раз, когда пар проходит через тарелку, содержащую жидкость, температура которой соответствует температуре кипения одного из компонентов пара, она конденсируется на тарелке. Другие пары с более высокой температурой кипения поднимаются вверх по колонне.
Таким образом, каждая составляющая в паре встречается с поддоном, на котором она конденсируется. В результате получается ряд отдельных компонентов, называемых фракциями, которые можно отводить из колонны по трубам.
Есть шесть основных фракций. Самый легкий газ, который все еще остается газом, когда достигает верхней части колонны, называется газом нефтеперерабатывающего завода и используется в качестве топлива самим нефтеперерабатывающим заводом.
Остальное перерабатывается на дополнительном заводе. Самые легкие из образующихся жидких фракций очень летучи и используются для подмешивания в бензин.
Затем идут нафта (используемая для дальнейшей переработки в нефтехимию или, как вариант, для смешивания с бензином), керосин (который в основном представляет собой парафин), дизельное топливо и легкие и тяжелые масла, используемые для промышленных смазок, а затем самая тяжелая фракция, битум, которая остается в виде остатка. /Р>
Основной процесс фракционной перегонки разделяет сырую нефть на чистые химические углеводороды. Но некоторые из этих углеводородов более ценны, чем другие. В частности, спрос на бензин намного выше, чем на битум, да и на дизельное топливо. Поэтому часть более тяжелых фракций на нефтеперерабатывающем заводе перерабатывается в бензин. Это делается с помощью процесса, называемого взломом.
При термическом крекинге в процессе используется тепло, а при каталитическом крекинге используется химический катализатор.
При термическом крекинге углеводороды нагревают до температуры от 450°С до 540°С при высоком давлении. В результате получается низкосортное топливо, которое затем снова очищается при более высоких температурах и давлении для производства бензина достаточно хорошего качества для использования в автомобильных двигателях.
Каталитический крекинг более полезен, чем термический крекинг, поскольку дает более высокий выход полезных продуктов. Путем добавления катализатора (обычно алюминиево-кремнеземного порошка) в масло на этапе предварительного нагрева тяжелые фракции можно разбить на смесь более легких, которые затем подаются в ректификационную колонну для разделения.
Затем эти легкие фракции подвергаются дальнейшим процессам, называемым процессами конверсии, для получения правильной смеси углеводородов.
За этими преобразованиями следуют этапы обработки, на которых вводятся соответствующие присадки, чтобы сделать смешанный бензин пригодным для использования зимой или летом.
Чтобы быть пригодным для запуска двигателей внутреннего сгорания, бензин должен обладать определенными свойствами. Оно должно ровно гореть в двигателе в широком диапазоне оборотов и мощностей без детонации. Это проявляется в виде "стука" и, если позволить ему продолжаться, может привести к серьезному повреждению двигателя.
Бензин должен содержать легколетучие компоненты, которые позволяют легко запускать двигатель в холодную погоду. Но бензин не должен быть настолько летучим, чтобы он слишком легко испарялся и вызывал блокировку топливной системы или даже обледенение карбюратора (см. сбоку справа).
Производительность бензина определяется в первую очередь его октановым числом. Чтобы выяснить это, бензин сравнивают с двумя стандартными видами топлива с известными характеристиками, называемыми н-гептаном и изооктаном, оба из которых являются углеводородами. N-гептан является плохим топливом для двигателей внутреннего сгорания и вызывает сильную детонацию; его октановое число равно 0. Изооктан, напротив, является топливом очень высокого качества и имеет октановое число 100.
Если бензин имеет октановое число 90, это означает, что его производительность эквивалентна смеси 90 частей изооктана и 10 частей н-гептана. Для большинства двигателей автомобилей требуется бензин с октановым числом от 90 до 100.
В качестве дополнительной антидетонационной меры до сих пор принято добавлять в бензин небольшое количество тетраэтил- или тетраметилсвинца. Однако это постоянно сокращается из-за ядовитости свинца.
Максимально допустимое содержание свинца в бензине было снижено с 0,4 до 0,15 грамма на литр в 1986 году, и на европейском рынке начинает появляться неэтилированный бензин. Это бензин, в который не добавляются соединения свинца.
Дизельное топливо более вязкое и тяжелое, чем бензин, менее летучее и сходит с ректификационной колонны на более низком уровне.
Дизельное топливо не классифицируется по октановому числу, как бензин; вместо этого ему присваивается цетановое число. Это получено путем сравнения дизельного топлива с двумя другими углеводородами, цетаном и альфа-метилнафталином.
Высококачественное дизельное топливо, используемое в дорожных транспортных средствах, имеет цетановое число около 50, в то время как более медленные двигатели, такие как те, которые используются на больших кораблях, могут работать на топливе с более низким цетановым числом. Чем выше цетановое число, тем легче запуск, плавнее сгорание и ниже уровень «дизельного стука».
Некоторое дизельное топливо низкого качества (называемое газойлем), используемое для стационарных или внедорожных работ, окрашивается для идентификации и поэтому известно как красное дизельное топливо. Только белое дизельное топливо, за которое был уплачен дорожный налог, может использоваться на дорогах на законных основаниях.
Дизельное топливо, как и бензин, обычно содержит важные присадки. В дизельное топливо, используемое в холодную погоду, необходимо добавлять антифризы и антипарафины, чтобы предотвратить засорение топливопроводов и форсунок.
С нефтеперерабатывающего завода бензин и дизельное топливо доставляются в гараж и на станции технического обслуживания автомобильным или железнодорожным транспортом в специально разработанных цистернах.
Топливо обычно хранится в подземных цистернах под заправочной площадкой в точке продажи - на заправочной станции. Бензин и дизельное топливо хранятся в отдельных резервуарах, как и различные сорта бензина, до тех пор, пока они не будут подняты над уровнем земли и дозированы насосами для продажи.
Бензиновые насосы обычно могут забирать топливо из любого из подземных резервуаров и смешивать его, чтобы обеспечить пользователей необходимой маркой. Однако нельзя смешивать этилированный и неэтилированный бензин, поэтому для них требуются отдельные баки и насосы, которые должны иметь четкую маркировку, показывающую, что в них содержится.
Как заменить автомобильное масло?
Как предотвратить утечку масла из автомобиля?
Как устранить подгорание масла в автомобиле
Как заменить масло:праймер
Как работает автомобильное моторное масло