В заметке мы разберем особенности современных видов топлива: #бензина и #дизельного топлива (или #солярки ) и обозначим принципиальные отличия агрегатов, которые их используют. Статья ориентирована на тех, кто ещё не имеет глубоких знаний по вопросу и путается в сложных терминах.
Топлива из нефти - это прошлый век?
Прежде, чем говорить про популярные ныне бензин или дизель, хотелось бы обозначить, что топлива из нефти давно отжили свой век и являются морально устаревшими. Но быстро (по меркам истории) переориентировать всю промышленность на использование нового экологически безопасного топлива. Увы, часто мешает и политика.
Возьмем, как вариант, #электродвигатель. Ещё пять лет назад вы могли сказать про непригодность электротранспорта для повседневного использования. Про невозможность создать достаточно емкий носитель энергии (аккумулятор). Cегодня эти доводы уже не обстоятельны! Рассмотрим хотя бы электромобиль #Тесла.
Да и прочих альтернатив стандартному топливу хватает.
Увы, без наличия специальных программ по поддержке покупателей "зеленого топлива", использовать такие машины смогут только весьма состоятельные люди. Я бы и сам с огромной радостью пересел на электромобиль!
Но, как только видишь ценник, становится ясно, что отказаться от своего старого бензинового автомобиля пока невозможно.
Теперь вернемся на землю :)...К самым популярным видам топлива - бензину и дизельному топливу.
С чего всё начиналось
Когда мы разбирали физическое понятие "огонь" (в этой статье на нашем канале), мы сказали, что при сгорании топлива, будь-то дрова или бумага, выделяется энергия. Эту энергию можно использовать.
Например, хитрым распределением заставить толкать поршень, который приведет в движение некоторый вал.
Технически всё равно, что именно мы будем сжигать. Кое-как агрегат крутиться будет. Ученые стремились подобрать такой вид топлива, который был бы компактный, удобный, энергоемкий и технологичный.
Так, в 1807 году французский инженер Нисефор Ньепс запустил экспериментальный твердотопливный #двигатель внутреннего сгорания, который использовал в качестве топлива измельченный в порошок пиреолофор (это угольная пыль, перемешанная с древесной смолой). В этом же году Франсуа Исаак де Риваз запустил двигатель работал на газообразном водороде. В 1860 году Николаус Август Отто попытался зарегистрировать двигатель на жидком топливе, а десятью годами позже Готлиб Даймлер изобрел двигатель, где в качестве топлива использовался бензин. (Будет полезно прочитать про двигатель внешнего сгорания)
Было очевидно, что если сжигать более энергоемкое топливо, то и выход энергии получим больший.
Химики научились выделять из нефти энергоемкую часть.
Это как березовые дрова очистить от коры и мокрой листвы для того, чтобы получить максимум тепла от сердцевины. Поиски привели к появлению множества новых видов топлива, среди которых бензин и дизель.
Что такое бензин
Бензин - это самое популярное жидкое топливо из нефти (А #нефть - это энергетически емкая группа углеводородов). Представляет собой прозрачную желтоватую жидкость с резким запахом. Являются токсичными жидкостями, чрезвычайно пожаро- и взрыво- опасны.
Как делают бензин
Процесс производства довольно длительный (и вонючий :)...). Вариантов производства существует огромное количество, но мы рассмотрим самый простой. Правда сегодня он считается устаревшим и не используется на крупных предприятиях, но для понимания логики процесса этого достаточно.
Первая стадия процесса изготовления бензина - фракционная дистилляция. Так называется процесс разделения цепочек углеводорода (разделения сырой нефти). Большие цепочки отделяют от малых.
Что это за цепочки такие? Если вы вспомните структуру любого полимера (в частности, нефти или углеводорода), то будете представлять, что любой подобный материал состоит из цепочек углерода.
Цепочка нефти не является исключением и выглядит примерно так.
Эта штуковина и сама нефигово горит. Но нам нужно добиться более значимого эффекта.
Нужно исключить выбросы и нагары, а также упростить запуск двигателя. Требуется избавиться от заведомо вредных примесей, которые содержатся в нефти и тянутся как загрязнитель. Для этого нужно отделить длинные и легкие углеродные летучие цепочки от всего этого соединения. Именно они будут хорошо гореть и легко воспламеняться от искры.
Для отделения заливаем нефть (условно, на самом деле процесс сложнее) в ректификационную колонку и нагреваем примерно на 315 градусов (по шкале Цельсия).
Внутри колонки происходит процесс разделения цепочек.
Это как варить сосиски...Ну или самогон :) Что куда больше похоже на данный процесс.
То, что легкое - при нагреве отрывается и улетает в верх, там его и собирают (или конденсируют). На дне скапливаются всякие нефтепродукты, типа гудрона и мазута.
Отметим, что наиболее качественные виды топлива получают из сырья, прошедшего многостадийную обработку. Процесс повторяется несколько раз для максимального исключения вредных примесей и однозначного "отсева" нужных летучих молекул.
На следующем этапе собранный бензин дополнительно очищают от примесей методом перегонки (ведь многие примеси испаряются вместе с бензином и сохраняются в полученном на первой стадии готовом продукте) , а затем добавляют различные присадки (примеси, которые увеличивают время горения или оказывают смазывающий эффект и/или имеющие другое назначение).
Схема получения современного бензина выглядит примерно так.
Полученный бензин отличается октановым числом и содержанием примесей. Тот самый 92, 95 и другие варианты. Обычно различают бензиновое топливо только марками - девяностопятый, девяностовторой...
Что такое октановое число?
Октановое число - это показатель, характеризующий способность топлива противостоять самовоспламенению при сжатии. Определяется содержанием (в процентах по объёму) в эталонной смеси изооктана в смеси с н-гептаном.
Одно взрывается и отлично горит (гептан), другое (изооктан) не взрывается и не горит.
Берут исследуемый бензин, заливают в лабораторный стенд-двигатель. Доводят до степени сжатия, когда появится детонация. Затем повторяют такой же фокус уже со смесью н-гептана и изооктана. Сжимают его настолько же, как и исследуемый бензин. Меняя соотношение изооктана и гептана заставляют его шарахнуть при отмеченной степени сжатия. Затем смотрят, какое соотношение гептана и изооктана в итоге использовалось. Вот это соотношение и будет в итоге октановым числом.
Так, бензин АИ-92, эквивалентен смеси, состоящей из 92% изооктана и на 8% из н-гептана.
Ну и прежде, чем переходить к дизельному топливу, отметим, что бензиновый двигатель работает благодаря поджиганию бензиново-воздушной смеси в камере сгорания свечей зажигания.
Что такое дизель
Дизельное топливо - это всеобъемлющее название любых (ключевое слово) типов топлива. Представляет собой прозрачную жидкость желтого или прозрачно-коричневого цвета с характерным запахом. Топливо токсично.
Есть, например, биодизель. Мы же сейчас обсудим именно нефтедизель. Его используют в автомобиля наравне с бензином. Ещё его называют соляркой. Слово "Солярка" произошло от слова Solar или солнце. Обратите внимание, что соляркой уместно называть только некоторые виды дизельного топлива.
Дизельное топливо применяется в принципиально иной конструкции двигателя, которая отличается от бензинового.
Если пары бензина нужно чем-то поджечь, то для того, чтобы заставить гореть пары дизельного топлива, их нужно просто впрыснуть в разогретый сжатый воздух. Возгорание происходит при определенном сжатии этого воздуха и его температуре. В двигателе тоже есть свечи, но не свечи зажигания, а свечи накаливания.
Получение нефтедизельного топлива
Технология получения нефтедизельного топлива аналогична производству бензина. Уместна та же самая схема с ректификационной колонкой и дальнейшие стадии очистки. Внимание стоит обратить на то, что в отличие от бензина используются более "тяжелые" фракции нефти.
Здесь же будет уместна схема, приведенная нами ранее для бензина.
Дизельное топливо дешевле, чем бензиновое.
Наверное вы догадываетесь, что можно использовать одно и то же исходное сырье для получения как бензина, так и дизеля. Взяли мы литр нефти и из него сделали 500 мл бензина и 500 мл дизеля (цифры, само собой, условные).
Также будет интересно узнать, что дизельное топливо можно "допилить" до бензина и этот прием реально используется на нефтеперерабатывающих заводах. Если спрос на бензин повышается, то дизель можно до-перегнать.
Если бензины принято разделять по октановому числу, то дизельное топливо делят по сезонам, а сезонность содержит в себе ещё сорта и классы.
- Л (или летнее)– на сорта А, В, С, D
- Е (межсезонное) – на сорта Е, F
- З (зимнее) – классы 0, 1, 2, 3
- А (арктическое) - класс 4
Соответственно, особенностью готового дизельного топлива является его способность густеть при отрицательных температурах. В зимнее время для уверенного запуска двигателя требуется использовать разжижающие присадки или заливать специальную марку топлива, содержащую меньшее количество парафинов.
Бензин vs дизель
Фанатов как одного, так и другого вида топлива сейчас предостаточно и каждый всегда назовет однозначные достоинства своей версии, но всё же рискнем провести сравнение этих вариантов.
Строится сопоставление будет на сравнении свойств агрегатов, работающих на бензине или дизеле, поскольку сравнивать как таковые свойства бензинового или дизельного топлива (как физические, так и химические) не особенно интересно для читателя.
- Бензин проще завести в мороз. Как мы уже обозначили выше, в холодную погоду дизельное топливо густеет, а присадки не всегда спасают.
- Двигатели, использующие дизельное топливо обычно очень хорошо тянут на малых оборотах. Тут играет роль не только специфическая конструкция дизеля, но и особенность состава топлива.
- Полное сгорание равного количества дизеля даст большее количество тепла, чем в случае сгорания такого же количества бензина, а значит дизель более энергоемкий. Следовательно, такого топлива нужно меньше и это будет дешевле. Роль, как вы наверное уже поняли, играет тут фракционная составляющая. Более "тяжелые" молекулы и горят больше. Оно как дрова. Толстое бревно горит дольше :)
- Само по себе дизельное топливо стоит дешевле, т.к. его производство проще. Но, в последнее время, цены готового продукта даже превышают цену за литр бензина. Остается надеяться сэкономить только благодаря КПД и меньшего расхода.
- В большинстве случаев, силовые агрегаты, использующие дизельное топливо, очень шумные и сильно вибрируют. Конечно же, современные варианты дизельных двигателей стали намного более тихие, но бензинку пока не переплюнули.
- Экологичность дизельного топлива ниже, чем аналогичного бензинового.
Опять-таки, возвращаясь к нашей картинке с ректификационной колонной, сгорающее дизельное топливо чуть-чуть лучше сгорающего в костре битума :)...Правда с учетом большего КПД дизельного агрегата и меньшего количества сжигаемого топлива (а значит, и меньшего количества выбросов), экологичность нужно высчитывать для каждого конкретного случая.
- Безопасность дизельного топлива выше, так как бензин - гораздо более гремучая смесь. Соответственно, с бензином нужно гораздо аккуратнее работать.
- Дизельный автомобиль сам по себе более сложен в обслуживании, а значит и более дорогой. Конструкция подразумевает наличие таких элементов, как, например, турбина. Экономия на топливе тут может вся улететь на обслуживание.
На этом заметка подошла к концу. Подписывайтесь на наше проект, чтобы не пропустить новые интересные выпуски и смотрите инженерные знания!
----------------------------------------------
Также советую вам прочитать в нашем блоге:
