Высокое содержание
СО.
Высокое содержание СО может
быть вызвано такими факторами, как:
• Чрезмерно богатая воздушно-топливная
смесь
• Загрязнение воздушного фильтра
• Выход из строя клапана PCV
• Загрязнение топлива маслом
• Заедание или протечки в топливной форсунке
На исправном автомобиле с каталитическим
нейтрализатором выделение одноокиси
углерода обычно приближается к нулю.
Содержание одноокиси углерода измеряется
в процентах от полного объема в воздухе.
Бензин.
Бензи́н — горючая смесь лёгких углеводородов с температурой кипения от 30 до 200 °C. Плотность около 0,75 г/см³. Теплотворная способность примерно 10500 ккал/кг (46 МДж/кг, 34,5 МДж/литр). Температура
замерзания ниже -60 °C.
Получение.
Бензин получают путем разгонки
и отбора фракций нефти, выкипающих в определенных
температурных пределах; до 100 °C — бензин
I сорта, до 110 °C — бензин специальный, до
130 °C — бензин II сорта, до 265 °C — керосин («метеор»), до 270 °C — керосин
обыкновенный, примерно до 300 °C — производится
отбор масляных фракций. Остаток считается мазутом.
Повышение качества
автомобильного бензина.
Повысить качество автомобильных
бензинов можно за счет следующих мероприятий:
отказа от применения в составе
бензинов соединений свинца;
снижения содержания в бензине
серы до 0,05%, а в перспективе до 0,003%;
снижения содержания в бензине
ароматических углеводородов до 45%, а в
перспективе до 35%;
нормирования концентрации
фактических смол в бензинах на месте
применения на уровне не более 5 мг на 100
см³;
деления бензинов по фракционному
составу и давлению насыщенных паров на
8 классов с учетом сезона эксплуатации
автомобилей и температуры окружающей
среды, характерной для конкретной климатической
зоны. Наличие классов позволяет выпускать
бензин со свойствами, оптимальными для
реальных температур окружающего воздуха,
что обеспечивает работу двигателей без
образования паровых пробок при температурах
воздуха до +60 °С, а также гарантирует высокую испаряемость бензинов и легкий пуск двигателя при температурах ниже -35 °С;
введения моющих присадок, не
допускающих загрязнения и осмоления
деталей топливной аппаратуры. В табл.
1.3 приведены действующие и перспективные
отечественные и зарубежные требования
по ряду экологических показателей бензинов.
Наиболее массовые отечественные бензины
А-76, АИ-93 (ГОСТ 2084-77) и АИ-92 (ТУ 38.001165-97) не
отвечают указанным требованиям по содержанию
свинца (для этилированных бензинов), массовой
доли серы, отсутствию регламентации содержания
бензола и моющих присадок.
Применение.
В конце XIX века бензин не находил
лучшего применения, чем антисептическое
средство (бензин продавался в аптеках)
и топлива для примусов. Зачастую из нефти отгоняли
только керосин, а все остальное, включая бензин,
либо сжигали, либо просто выбрасывали.
Однако с появлением двигателя внутреннего сгорания, работающего по циклу Отто, бензин стал одним из главных
продуктов нефтепереработки. Хотя по мере более широкого
распространения дизельных двигателей на первый план выходит дизельное топливо благодаря более высокому КПД этих двигателей. Бензин применяется
как топливо для карбюраторных и инжекторных двигателей, высокоимпульсное ракетное топливо (Синтин), при производстве парафина, как растворитель, как горючий материал, сырье
для нефтехимии прямогонный бензин или
бензин газовый стабильный (БГС).
Свойства бензинов.
Бензины - легковоспламеняющиеся
бесцветные или слегка желтые (при отсутствии
специальных добавок) жидкости, имеющие
плотность 700-780 кг/м?. Бензины имеют высокую
летучесть, и температуру вспышки в пределах
20-40 градусов по Цельсию. Температура кипения
бензинов находится в интервале от 30 до
200 C. Температура застывания - ниже минус
60 градусов. При сгорании бензинов образуется
вода и углекислый газ. При концентрациях
паров в воздухе 70—120 г/м? образуются взрывчатые
смеси.
Автомобильные
бензины в силу своих физико-химических
характеристик должны обладать следующими
свойствами:
• Однородность
смеси
• Плотность топлива
- при +20 "С должна составлять 690...750 кг/м;
• Небольшую вязкость
- с ее увеличением затрудняется протекание
топлива через жиклеры, что ведет к обеднению
смеси. Вязкость в значительной степени
зависит от температуры. При изменении
температуры от +40 до —40 °С расход бензина
через жиклер меняется на 20...30%;
• Испаряемость
- способность переходить из жидкого состояния
в газообразное. Автомобильные бензины
должны обладать такой испаряемостью,
чтобы обеспечивались легкий пуск двигателя
(особенно чвзимой), его быстрый прогрев,
полное сгорание топлива, а также исключалось
образование паровых пробок в топливной
системе
• Давление насыщенных
паров - чем выше давление паров при испарении
топлива в замкнутом пространстве, тем
интенсивнее процесс их конденсации. Стандартом
ограничивается верхний предел давления
паров летом - до 670 ГПа и зимой - от 670 до
930 ГПа. Бензины с более высоким давлением
склонны к образованию паровых пробок,
при их использовании снижается наполнение
цилиндров и теряется мощность двигателя,
увеличиваются потери от испарения при
хранении в баках автомобилей и на складах;
• Низкотемпературные
свойства - способность бензина выдерживать
низкие температуры;
• Сгорание
бензина. Под "сгоранием" применительно
к автомобильным двигателям понимают
быструю реакцию взаимодействия углеводородов
топлива с кислородом воздуха с выделением
значительного количества тепла. Температура
паров при горении достигает 1500...2400 °С.
Присадки.
Присадки - вещества,
добавляемые (обычно в количествах 0,05-0,1%)
к топливам, минеральным и синтетическим
маслам для улучшения их эксплуатационных
свойств. К присадкам относятся, антидетонаторы,
антиокислители, ингибиторы коррозии
и др. Подробнее виды и назначение присадок
рассмотрены в приложении №1 «Перечень
допущенных присадок».
ПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕРОДЫ(алканы)
Алканы.
3D модель метана — простейшего алкана
Алканы (также насыщенные
углеводороды, парафины, алифатические
соединения) — ациклические углеводороды линейного или
разветвлённого строения, содержащие
только простые связи и образующие гомологический ряд с общей
формулой CnH2n+2.
Алканы являются
насыщенными углеводородами и содержат
максимально возможное число атомов водорода. Каждый атом углерода в молекулах алканов
находится в состоянии sp3-гибридизации — все 4 гибридные орбитали
атома С равны по форме и энергии, 4 электронных
облака направлены в вершины тетраэдра под углами 109°28'.
За счёт одинарных связей между атомами
С возможно свободное вращение вокруг
углеродной связи. Тип углеродной связи — σ-связи, связи малополярны
и плохо поляризуемы. Длина углеродной
связи — 0,154 нм.
Простейшим представителем класса является метан (CH4).
Номенклатура
Химическая структура метана,
простейшего алкана
Физические свойства.
Температуры плавления и кипения увеличиваются с молекулярной массой и длиной главной углеродной цепи
При нормальных условиях неразветвлённые алканы с CH4 до C4H10 — газы; с C5H12 до C13H28 — жидкости; после C14H30 — твёрдые тела.
Температуры плавления и кипения
понижаются от менее разветвленных к более разветвленным. Так, например, при 20 °C н-пентан — жидкость, а неопентан — газ.
газообразные алканы горят бесцветным или бледно-голубым пламенем с выделением большого количества тепла.
Химические свойства.
Алканы имеют низкую химическую
активность. Это объясняется тем, что единичные
C-H и C-C связи относительно прочны и их
сложно разрушить. Поскольку углеродные
связи неполярны, а связи С — Н малополярны,
оба вида связей малополяризуемы и относятся
к σ-виду, их разрыв наиболее вероятен
по гомолитическому механизму то есть
с образованием радикалов.
Реакции радикального
замещения.
Галогенирование алканов протекает
по радикальному механизму. Для инициирования
реакции необходимо смесь алкана и галогена
облучить УФ-светом или нагреть. Хлорирование
метана не останавливается на стадии получения
метилхлорида (если взяты эквимолярные
количества хлора и метана), а приводит к образованию
всех возможных продуктов замещения, от хлорметана до тетрахлорметана. Хлорирование других алканов
приводит к смеси продуктов замещения
водорода у разных атомов углерода. Соотношение
продуктов хлорирования зависит от температуры.
Скорость хлорирования первичных, вторичных
и третичных атомов зависит от температуры,
при низкой температуре скорость убывает
в ряду: третичный, вторичный, первичный.
При повышении температуры разница между
скоростями уменьшается до тех пор, пока
не становится одинаковой. Кроме кинетического
фактора на распределение продуктов хлорирования
оказывает влияние статистический фактор: вероятность атаки хлором третичного атома
углерода в 3 раза меньше, чем первичного
и в два раза меньше чем вторичного. Таким
образом хлорирование алканов является
нестереоселективной реакцией, исключая
случаи, когда возможен только один продукт
монохлорирования.
Стоит отметить, что галогенирование
происходит тем легче, чем длиннее углеродная
цепь н-алкана. В этом же направлении уменьшается энергия ионизации молекулы вещества, то есть,
алкан легче становится донором электрона.
Галогенирование — это одна
из реакций замещения. В первую очередь галогенируется
наименее гидрированый атом углерода
(третичный атом, затем вторичный, первичные
атому галогенируются в последнюю очередь).
Галогенирование алканов проходит поэтапно —
за один этап замещается не более одного
атома водорода:
Под действием света молекула
хлора распадается на радикалы, затем
они атакуют молекулы алкана, забирая
у них атом водорода, в результате этого
образуются метильные радикалы ·СН3, которые сталкиваются
с молекулами хлора, разрушая их и образуя
новые радикалы.
Бромирование алканов отличается
от хлорирования более высокой стереоселективностью
из-за большей разницы в скоростях бромирования
третичных, вторичных и первичных атомов
углерода при низких температурах.
Иодирование алканов иодом не происходит, получение иодидов
прямым иодированием осуществить нельзя.
С фтором и хлором реакция может протекать
со взрывом, в таких случаях галоген разбавляют азотом или подходящим растворителем.
Сульфохлорирование
(реакция Рида).
При облучении УФ-светом алканы
реагируют со смесью SO2 и Cl2, После того,
как с уходом хлороводорода образуется
алкильный радикал, присоединяется диоксид
серы. Образовавшийся сложный радикал
стабилизируется захватом атома хлора
с разрушением очередной молекулы последнего.
Алканы реагируют с 10 % раствором азотной кислоты или оксидом азота NO2 в газовой
фазе при температуре 140 °C и небольшом
давлении с образованием нитропроизводных.
Все имеющиеся данные указывают
на свободнорадикальный механизм. В результате реакции
образуются смеси продуктов.
Реакции окисления.
Термические превращения
алканов.
Реакции разложения происходят
лишь под влиянием больших температур.
Повышение температуры приводит к разрыву
углеродной связи и образованию свободных радикалов.
Примеры:
При нагревании выше 500 °C алканы
подвергаются пиролитическому разложению
с образованием сложной смеси продуктов,
состав и соотношение которых зависят
от температуры и времени реакции. При пиролизе происходит расщепление углерод-углеродных
связей с образованием алкильных радикалов.
В 1930—1950 гг. пиролиз высших алканов
использовался в промышленности для получения
сложной смеси алканов и алкенов, содержащих
от пяти до десяти атомов углерода. Он
получил название «термический крекинг».
С помощью термического крекинга удавалось
увеличить количество бензиновой фракции
за счёт расщепления алканов, содержащихся
в керосиновой фракции (10—15 атомов углерода
в углеродном скелете) и фракции солярового
масла (12—20 атомов углерода). Однако октановое
число бензина, полученного при термическом
крекинге, не превышает 65, что не удовлетворяет
требованиям условий эксплуатации современных
двигателей внутреннего сгорания.
В настоящее время термический
крекинг полностью вытеснен в промышленности
каталитическим крекингом, который проводят
в газовой фазе при более низких температурах —
400—450 °C и низком давлении — 10—15 атм на
алюмосиликатном катализаторе, который
непрерывно регенерируется сжиганием
образующегося на нём кокса в токе воздуха.
При каталитическом крекинге в полученном
бензине резко возрастает содержание
алканов с разветвлённой структурой.
Реакции электрофильного
замещения.
Изомеризация Под действием катализатора
(например, AlCl3) происходит
изомеризация алкана: например, бутан
(C4H10), взаимодействуя
с хлоридом алюминия (AlCl3), превращается
из н-бутана в 2-метилпропан.
С марганцовокислым калием
(KMnO4) и бромной
водой (Br2) алканы не
взаимодействуют.
Нахождение в природе
Нахождение в космосе
В небольших количествах алканы
содержатся в атмосфере внешних газовых
планет Солнечной системы, как-то: на Юпитере — 0,1 % метана, 0,0002 % этана, на Сатурне метана 0,2 %, а этана — 0,0005 %, метана
и этана на Уране — соответственно 1,99 % и 0,00025 %,
на Нептуне же — 1,5 % и 1,5·10−10, соответственно.[1] На спутнике Сатурна Титане метан (1,6 %) содержится в жидком
виде, причем, подобно воде, находящейся
на Земле в круговороте, на Титане существуют (полярные)
озёра метана (в смеси с этаном) и метановые
дожди. К тому же, как предполагается, метан
поступает в атмосферу Титана в результате
деятельности вулкана.[2] Кроме того, метан найден в
хвосте кометы Хиякутаке и в метеоритах (углистых хондритах). Предполагается также, что
метановые и этановые кометные льды образовались
в межзвёздном пространстве.[3]