Kas yra Benzinas ir Jo Sudėtis?
Benzinas yra labai lakiųjų skystų junginių mišinys, susidedantis iš įvairios sudėties ir struktūros lengvųjų angliavandenilių. Tai yra pagrindinė žaliava vidaus degimo variklių degalams gauti, varantis apie 40% automobilių Lietuvoje. Jo fizinės ir cheminės savybės labai skiriasi, apimdamos normalius ir šakotos grandinės alkanus, cikloalkanus, alkenus ir aromatinius junginius.
Benzinas yra lengvoji naftos distiliavimo frakcija, pasižymintis kaip bespalvis, lengvai garuojantis ir nesunkiai užsiliepsnojantis skystis. Įprasto benzino masę sudaro homogeninis mažų, palyginti lengvų angliavandenilių mišinys, turintis nuo 4 iki 12 anglies atomų vienoje molekulėje. Tai parafinų (alkanų), olefinų (alkenų) ir cikloalkanų (naftenų) mišinys. Skystame benzine paprastai yra alkanų, aromatinių medžiagų ir alkenų. Tipinė benzino sudėtis apima: 3-10% arenų, 12-30% naftenų, 60-80% alkanų, 1-2% alkenų ir iki 2% sieros junginių.
Kiekviena benzino partija turi unikalią cheminę sudėtį dėl kintamos naftos pradinių medžiagų sudėties ir specifinių perdirbimo metodų, naudojamų gaminant skirtingus sezoninius ir efektyvumo lygius. Lakiosios benzino frakcijos, kurias sudaro trumpos grandinės alifatiniai angliavandeniliai, alkenai ir aromatiniai junginiai, patenka į atmosferą pildant benzinu varomus automobilius bei visuose produkto formavimo, transportavimo ir rinkodaros grandinės etapuose.
Pagrindinės Fizinės Benzino Savybės
Benzino fizinės savybės daro didelį poveikį visai degalų sistemai ir degimo procesui variklyje. Šios savybės apibrėžia jo elgseną skirtingomis temperatūromis ir slėgiais.
Pagrindinės benzino fizinės savybės:
- Fizinė būklė: Bespalvis, lengvai garuojantis skystis.
- Virimo temperatūra: Svyruoja nuo 35 iki 195ºC.
- Stingimo temperatūra: Žemesnė nei -60ºC.
- Pliūpsnio temperatūra (užsiliepsnojimo temperatūra): Žemesnė nei 0ºC.
- Tankis: 700-780 kg/m³ (arba 0,700-0,780 g/cm³). Projektuojant variklio degalų tiekimo sistemą, daroma prielaida tam tikram benzino tankiui. Pavyzdžiui, Europoje tradicinis bešvinis benzinas turi būti nuo 0,725 iki 0,78 g/cm³, tuo tarpu JAV - nuo 0,745 iki 0,765 g/cm³.
- Šilumingumas: Qž = 49,3-44,8 MJ/kg. Praktiškai pirmenybė teikiama didžiausiam tūriniam šiluminės vertės kiekiui (NHV) ir konkretaus degalų sunaudojimo kiekiui.
Didėjant tankiui, benzino lakumas mažėja. Per mažas lakumas gali sukelti sunkumus eksploatuojant transporto priemones žemoje temperatūroje, o per didelis lakumas gali sukelti problemų aukštoje temperatūroje, ypač dėl garų blokavimo ir prasiskverbimo.
Cheminės Savybės ir Oktaninis Skaičius
Viena svarbiausių benzino cheminių savybių yra jo atsparumas detonacijai. Šis rodiklis išreiškiamas oktaniniu skaičiumi. Oktaninis skaičius apibrėžia benzino atsparumą savaiminiam užsidegimui ir degimo procesui variklio cilindre. Jis parodo, kiek izooktano (kurio oktaninis skaičius lygus 100) yra izooktano ir n-heptano (kurio oktaninis skaičius yra 0) mišinyje, kurio detonacinės savybės yra tokios pat kaip ir benzino. Kuo didesnis oktaninis skaičius, tuo geriau benzinas atlaiko suspaudimą variklio cilindre be detonacijos.
Dažniausiai naudojamas 92, 95 ir 98 oktaninio skaičiaus benzinas. Oktaninis skaičius gali būti padidintas tam tikrais antidetonatoriais priedais, kurie įmaišomi į degalus iki 1% masės, padidindami oktaninį skaičių 15-20 vienetų. Anksčiau buvo plačiai naudojamas švinas, tačiau septintajame dešimtmetyje, įvedus katalizatorius, tokio benzino paklausa ėmė mažėti, o 90-jų metų pabaigoje benzinas su švinu buvo visai pašalintas dėl jo žalingo poveikio aplinkai ir žmonių sveikatai.
Griežtesni reikalavimai išmetamųjų teršalų ir aplinkos apsaugos srityse skatina specialių, mažiau kenksmingų benzino rūšių plėtrą. Visų pirma, kontroliuojami aromatinių medžiagų, olefinų ir sieros kiekiai. Pagrindiniu olefino ir sieros kiekio benzine šaltiniu yra FCC (Fluid Catalytic Cracking) benzinas. Regeneruotas benzinas pabrėžia šių degalų charakteristikų svarbą - jo poveikį išmetamiesiems teršalams - parenkant benzino komponentus. Pavyzdžiui, JAV 2000 metais pabaigta programa "Tier 2 Gasoline Sulfur" sumažino sieros panaudojimą benzine iki 90 procentų - nuo 300 ppm iki 30 ppm per metus - turint galimybę naudoti naujas išmetamųjų teršalų kontrolės technologijas lengvuosiuose automobiliuose ir sunkvežimiuose, kurios mažina kenksmingą oro taršą.
Dėl tebevykstančių pasikeitimų aplinkos apsaugos ir išmetamųjų dujų emisijos reikia plačiau naudoti „ekologiškesnes“ bazines medžiagas, gautas iš katalizinio riformingo, izomerizacijos ir kitų procesų, o taip pat oksiduotus komponentus, tokius kaip MTBE (eteris tert-butil-metilo), ETBE (eteris tert-butil-etilo) ir etanolis.
Benzino sudėtis taip pat turi didelę įtaką variklio švarumui. Pavyzdžiui, olefinai, esantys FCC benzine, dėl oksidacijos gali sudaryti gumos nuosėdas. Jos sukelia įvairias problemas, pvz.: užblokuoja oro filtrus, purkštukus, sukelia anglies kaupimąsi ant stūmoklių vožtuvų, stūmoklių žiedų ir t.t. Tai trikdo variklio darbą, padidina degalų sąnaudas ir galiausiai gali sukelti variklio gedimą.
Benzino Gamybos Būdai
Benzinas gaminamas daugiausia iš naftos, rečiau - iš dujų, kieto kuro (akmens anglių, degiųjų skalūnų, durpių, medienos) arba sintezės būdu. Nafta yra sudėtingas angliavandenilių mišinys, kuriame be anglies ir vandenilio atomų gali būti ir sieros, azoto, deguonies junginių. Ši cheminė įvairovė lemia naftos kokybę ir jos perdirbimo bei naudojimo būdus.
Benzinas yra gaminamas naftos perdirbimo gamyklose. Valymo procesas pradedamas distiliacija, kuri leidžia atskirti naftą į įvairias frakcijas. Pagrindiniai benzino gavimo būdai yra:
- Naftos tiesioginė distiliacija: Tai pirminis naftos perdirbimo būdas, kurio metu atskiriamos įvairios frakcijos pagal virimo temperatūrą.
- Terminis ir katalizinis krekingas: Antrinis naftos ir jos produktų perdirbimas, kurio metu didelės molekulinės masės angliavandeniliai skyla į mažesnes molekules, susidarant benzinui. Krekingo metu ne tik skyla naftos angliavandenilių molekulės, bet ir vyksta dehidrinimas, hidrinimas, izomerizacija, aromatizacija, alkilinimas - susidaro sotieji ir nesotieji, žemos virimo temperatūros angliavandeniliai, aukštos virimo temperatūros produktai ir koksas. Terminiu krekingu gauti produktai turi daug nesočiųjų angliavandenilių, yra nestabilūs, o benzinas turi mažą oktaninį skaičių. Katalizinis krekingas leidžia gauti benziną su aukštesniu oktaniniu skaičiumi (apie 85).
- Destrukcinis hidrinimas: Tai žemarūšio kuro (akmens anglių, skalūnų, mazuto) perdirbimas, prisotinant jį vandenilio. Šio proceso metu temperatūros, slėgio ir katalizatorių (nikelio, geležies, molibdeno, volframo junginių) veikiamos kuro molekulės skyla į mažesnes molekules bei radikalus, kurie prisijungia vandenilį.
- Katalizinis riformingas: Benzininių ir ligroininių naftos frakcijų perdirbimo būdas, pagrįstas aliciklinių junginių dehidrinimu (aromatizacija). Riformingas daromas įrenginyje, sudarytame iš 3-4 reaktorių ir kaitinimo krosnies. Šiuo būdu gaunama daugiausia aukštaoktanio benzino (oktaninis skaičius 90-95), sudarančio 80-85% produkto. Pramonėje riformingu pradėta naudotis 1940 metais.
Naftos perdirbimo gamyklos gali patenkinti specifinius benzino reikalavimus sumaišydamos skirtingas bazines medžiagas, o jų pasirinkimas priklauso nuo turimų naftos žaliavų kaštų, perdirbimo pajėgumo ir naftos kokybės.
Naftos perdirbimo procesai paaiškinti paprastai
Benzino Rūšys ir Žymėjimas
Benzinas būna dviejų pagrindinių rūšių: automobilinis ir aviacinis. Automobilinis benzinas būna įvairių markių, žymimas raidėmis, skaičiais ir žodžiais, kurie rodo benzino paskirtį, oktaninį skaičių ir priedus.
- Pagal oktaninį skaičių: Dažniausiai naudojamas 92, 95 ir 98 oktaninio skaičiaus benzinas.
- Pagal priedus:
- Žymėjimas raidėmis K (pvz., 95K ir 92K) nurodo, kad benzinas turi švino pakaitalo ir kalio priedų, skirtų senesnio modelio automobiliams.
- Žymėjimas raide E (pvz., 95E, 98E) nurodo, kad kuras skirtas automobiliams su katalizatoriais.
- Anksčiau benzinas buvo skirstomas į etiliuotą (su švino priedais) ir neetiliuotą. Šiuolaikiniai automobiliniai benzinai yra neetiliuoti.
- Pagal sezoniškumą: Benzinas skirstomas į vasarinį ir žieminį, kurie skiriasi garumo laipsniu (žieminio garingumas būna didesnis, vasarinio - mažesnis). Kad vairuotojai būtų garantuoti dėl perkamų degalų sezoniškumo, pereinamojo laikotarpio kuras degalinėse gali būti žymimas viena, žiemos laikotarpio - dviem žvaigždutėmis.
- Biologiniai degalai: Biologiniai degalai žymimi baltomis raidėmis BD rudame fone.
- Pagal standartus: Degalinėse šalia benzino markės gali būti nurodytos raidės LST (Lietuvos standartas), EN (Europos Sąjungos standartas) arba GOST (Rusijos standartas). Dvigubas žymėjimas LST EN nurodo, kad kuras atitinka tiek Lietuvos, tiek Europos Sąjungos standartus.
Įvairių markių benzinas gaunamas sumaišius skirtingų gavybos būdų ir frakcijų komponentus.
Benzino Naudojimas ir Saugumas
Benzinas naudojamas ne tik kaip degalai vidaus degimo varikliams, bet ir turi kitų pritaikymų:
- Kaip tirpiklis lakams, dažams ir dervoms.
- Kaip eterinių aliejų ekstrahentas.
- Juos valomi drabužiai ir plaunamos detalės.
Benzinas, ypač etiliuotas, yra nuodingas. Leistina jo garų koncentracija ore yra iki 300 mg/m³. Jei žmogus apsinuodija benzinu, jam būtina užtikrinti gryną orą ir deguonį. Jei benzinas patenka į skrandį, rekomenduojama išgerti aliejaus.
Benzino Kokybė ir Problemos
Reguliarus degalų tikrinimas yra gyvybiškai svarbus, nes taip užtikrinama, kad tiekiamas ir naudojamas kuras yra tinkamas pagal paskirtį. Benzino specifikacijos gerokai viršija tankį, lakumą ir oktaninį skaičių.
Aukštos kokybės „žalios“ bazinės substancijos reikalauja daugiau apdorojimo, todėl yra brangesnės. Tai sukuria papildomą grėsmę sukčiavimui, kai į benziną patenka žemos kokybės, "pigios ir purvinos" medžiagos. Du lengvai pastebimi simptomai, rodantys blogos kokybės benziną, yra eksploatacinių automobilio savybių pokytis (priklausomai nuo degalinės, kurioje automobilis buvo papildytas) ir kontrolinių lempučių, tokių kaip „Check Emission Control” arba „Check Engine”, įsižiebimas. Tačiau šie įspėjimai yra matomi tik tada, kai kokybės nukrypimai yra ekstremalūs.
Siekiant pagerinti degalų įpurškimo sistemos veikimą ir bendrą variklio švarą, gamintojai siūlo specialias benzino ir alyvos sistemų valymo priemones bei priedus.
tags: #benzino #fizines #ir #chemines #savybes