Авиационный керосин октановое число

Содержание статьи

• Авиационный бензин: характеристика
• Что такое октановое число бензина
• Почему самолет АН-2 прозвали кукурузником

Авиационный бензин характеризуется следующими базовыми показателями.

Детонационная стойкость. Данный параметр указывает, насколько пригодно топливо для использования в агрегатах с высокой степенью сжатия поступающей смеси. Нормальная работа авиационного мотора подразумевает исключение возгорания от детонации.

Химическая стабильность. Показатель горючей жидкости, который оценивает уровень ее противостояния изменениям во время эксплуатации, транспортировки и хранения.

Фракционный состав. Эта характеристика определяет степень испаряемости бензина, которая указывает на образование топливно-воздушной смеси.

Класс качества

Первый экологический стандарт «Евро-1» для отработанных газов автомобилей был введен в Европе 24 года назад — в 1992-м. Просуществовал он недолго — всего три года. «Второй» евро стал более жестким: почти вдвое было снижено допустимое содержание твердых частиц. Но самое радикальное ужесточение произошло с введением «Евро-3» в 1999 году. Новый стандарт предполагал суммарное уменьшение уровня выбросов почти на 40%. «Четвертый» и «пятый» евро продолжили движение в этом направлении, но теперь большое значение стало придаваться выбросам СО2, поскольку весь «цивилизованный мир» начал активную борьбу с глобальным потеплением. «Евро-6» в этом смысле лишь закрепляет тенденцию. Стоит подчеркнуть, что сам термин «стандарт евро» относится исключительно к содержанию вредных веществ в отработанных автомобильных газах, а не в моторном топливе. В России же названия экологических стандартов автоматически перенеслись на качественные характеристики бензина или дизеля, хотя требования к безопасности топлива сформулированы в специальном техническом регламенте Таможенного союза «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту», в котором принят термин «экологический класс» (от К2 до К5).

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ БЕНЗИНА

Всем известно, что данный вид топлива получают из нефти, но со временем требования к его качеству увеличиваются, а значит меняются способы переработки сырья. До середины прошлого века единственным методом получением конечного продукта была прямая перегонка нефти. Ее просто нагревали до определенных температур, таким образом отделяя различные фракции. Одним из продуктов такой переработки и был бензин. Но он имел достаточно низкие качественные показатели и октановое число не выше 80. Основная составляющая такого бензина – длинная цепочка алканов.

В середине прошлого века нашли новые способы переработки нефти, это крекинг и риформинг. Длинные молекулы алканов при такой переработке расщепляются на более короткие. Соответственно можно получить более легкие углеводороды. Результат такой переработки – бензин с более высоким октановым числом. При этом побочные продукты перегонки преобразуются в мазут и трансмиссионные масла. При прямой перегонке нефти их приходилось утилизировать, что приводило к значительным загрязнениям окружающей среды.

При работе двигателя на чистом топливе, с выхлопными газами в воздух выбрасывается меньшее количество токсичных веществ, а срок эксплуатации автомобиля значительно увеличивается.

Иногда применяются различные добавки к бензину, улучшающие его качество. К примеру – чистый спирт, который может преобразовать бензин марки 92 в 95. Но спирт быстро испаряется, и качество топлива снова падает. К тому же, этот способ достаточно дорогостоящий.

Термические процессы

Термические процессы нефтепереработки позволяют получать различные нефтепродукты под воздействием тепла и высокого давления. Первым из таких процессов стал термический крекинг. В настоящее время различные варианты термических процессов (коксование, пиролиз, флексикокинг, висбрекинг) используются в первую очередь для переработки тяжелых фракций нефти и нефтяных остатков. К примеру, коксование позволяет получать из них твердый нефтяной кокс (состоящий преимущественно из углерода), а также низкокипящие углеводороды, которые можно использовать в качестве сырья для других процессов с последующим получением ценных моторных топлив. Висбрекинг применяют для получения главным образом котельных топлив (топочных мазутов) из гудронов. Флексикокинг предназначен для переработки остатков различных процессов, которые смешиваются с нагретым коксовым порошком и дают на выходе разнообразные компоненты жидких топлив и газ. Пиролиз используется для получения углеводородного газа, содержащего такие вещества, как этилен, пропилен и дивинил, — сырье для нефтехимической промышленности.

Методы определения фракционного состава нефтепродуктов

Фракционирование нефти необходимо, чтобы выбрать направления переработки сырьевой базы, узнать точное содержание базовых масел при перегонке нефти. На основании этого классифицируются все свойства фракций.

• Метод A — использование автоматических аппаратов для определения фракционного состава нефти и отдельных псевдокомпонентов. Колбы используются из термостойкого стекла, дно и стенки которых одинаковой толщины.
• Метод B – применение четырехгнездного, или шестигнездного аппарата. Колбы с круглым дном вместимостью 250 см3. Метод применяется только для разгонки темных нефтепродуктов.

Виды бензинов, используемых в авиации

Существует 2 вида базовых бензина – прямогонный и актил-бензин. Первый вид горючего получил популярность в середине XX века, добывали его путём прямой перегонки. Прямогонную горючую смесь получают методом ректификации и последующего отбора нефтяных фракций, которые испаряются при определённом нагреве. Если фракции испаряются при температуре до 100 градусов по Цельсию, бензин относят к первому сорту, если температура нагревания для испарения составляет до 110 градусов, то бензин именуют специальным. Если нефтяные фракции испаряются в бензине при температуре до 130 градусов, то горючее имеет 2 сорт качества.

У разных сортов бензина, полученных посредством перегонки, существует единый фактор, который их объединяет – низкое октановое число. При помощи прямогонного метода бензиновую смесь с ОЧ выше 65 получить возможно лишь из нефти, добытой в Азербайджане, Краснодарском крае, на Сахалине и территории Средней Азии. В других местах добычи «чёрного золота» горючая смесь из-за наличия парафиновых углеводородов получается с низким ОЧ.

Основные характеристики

Важнейшая характеристика бензина — октановое число, которое определяет его детонационную стойкость, то есть способность противостоять самовоспламенению при сжатии. Детонация — нежелательное явление в бензиновом двигателе. Оно возникает, когда часть топлива в цилиндре загорается еще до того, как его достигнет пламя от свечи зажигания, и сгорает быстрее, чем требуется. В результате мощность двигателя снижается, он перегревается и быстрее изнашивается. О детонации свидетельствует характерный стук в моторе. В современных двигателях степень сжатия поршня в цилиндре высока — это дает и большую мощность, и увеличение КПД, а значит, бензины с высокой детонационной стойкостью всё востребованнее.

12%
Увеличения мощности двигателя автомобиля можно достичь за счет использования современного топлива G-Drive

Октановое число — условный показатель. Его оценивают, сравнивая детонационную стойкость бензина с модельной смесью двух веществ — изооктана и н-гептана. Сам показатель соответствует процентному содержанию в этой смеси изооктана, который с трудом самовоспламеняется даже при высоких степенях сжатия. Его октановое число принято за 100. Н-гептан, напротив, детонирует даже при небольшом сжатии. Его октановое число — 0. Если октановое число бензина равно 95, это означает, что он детонирует, как смесь 95% изооктана и 5% гептана.

Углеводороды, которые содержатся в топливах, значительно различаются по детонационной стойкости: наибольшее октановое число имеют ароматические углеводороды и парафиновые углеводороды разветвленного строения (изоалканы), наименьшее октановое число у парафиновых углеводородов нормального строения. Последние в подавляющем большинстве содержатся в прямогонных бензинах, и их октановое число, как правило, не превышает 70. Ароматические углеводороды образуются в процессе каталитического риформинга, а разветвленные парафины — при каталитическом крекинге. Именно эти два процесса в XX веке стали основными процессами вторичной переработки нефти, позволяющими получать бензины с повышенным октановым числом. Сегодня высокооктановые бензиновые фракции также получают в результате процессов алкилирования, изомеризации и гидрокрекинга, или используя в низкооктановых бензинах разнообразные присадки.

Ассортимент, качество и состав авиационных бензинов

Авиационные бензины предназначены для применения в поршневых авиационных
двигателях.В отличие от автомобильных двигателей, в авиационных используется
в большинстве случаев принудительный впрыск топлива во впускную систему, что
определяет некоторые особенности авиационных бензинов по сравнению с
автомобильными. Более высокие требования к качеству авиационных бензинов
определяются также жесткими условиями их применения. ГОСТ 1012-72
предусматривает две марки авиационных бензинов: Б-91/115 и Б-95/130.
Марка авиабензина означает его октановое число по моторному методу,
указываемое в числителе, и сортность на богатой смеси — в знаменателе дроби.
Бензин Б-91/115 предназначен для эксплуатации двигателей АШ-62ир, АИ-26В, М-14Б,
М-14П и М-14В-26, а Б-95/130 — двигателей АШ-82Т и АШ-82В. В течение
1988-1992 гг. проведен большой комплекс исследований и испытаний, в результате
чего разработан единый бензин Б-92 без нормирования показателя «сортность
на богатой смеси», вырабатываемый по ТУ 38.401-58-47-92. Как показали испытания,
бензин Б-92 может применяться взамен бензина Б-91/115 в двигателях всех типов.
Использование авиабензина Б-92 без нормирования показателя сортности позволяет
наряду с обеспечением нормальной работы двигателей на всех режимах значительно
расширить ресурсы авиабензинов и снизить содержание в них токсичного
тетраэтилсвинца.В России вырабатывают две марки авиабензинов: Б-91/115 и
Б-92. Разработаны технические условия на авиационные бензины марок Б-100/130
и Б-100/130 малоэтилированный — ТУ 38.401-58-197-97. Установленные
нормы к качеству указанных бензинов соответствуют требованиям АSТМ D 910 и
европейским спецификациям на бензины марок 100 и 100LL. Кроме описанных выше
марок авиационных бензинов, которые применяются непосредственно для эксплуатации
поршневых двигателей, вырабатывается неэтилированный бензин марки Б-70 (ТУ
38.101913-82). В настоящее время этот бензин используется, в основном, как
бензин-растворитель.Авиационный бензин Б-70 готовят на основе бензина прямой
перегонки или рафинатов риформинга с добавлением высокооктановых компонентов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА БЕНЗИНА

Физические свойства бензина напрямую зависят от фракционного состава. Способность к испарению – основной показатель, который учитывается при эксплуатации топлива в тех или иных климатических условиях. При производстве должно быть достигнуто оптимальное соотношение тяжелых и легких фракций. Топливо должно достаточно легко испаряться при нагревании, на этот показатель влияет количество легких фракций.

Тяжелые фракции обеспечивают нужную интенсивность испарения вещества. Если оптимальный показатель не будет достигнут, это может привести к образованию паровых пробок в топливопроводе, а значит двигатель будет работать с перебоями. Испарение происходит при нагревании вещества вследствие высоких температур внутри агрегата. А температура окружающей среды напрямую будет влиять на интенсивность испарения.

Видео в помощь – исследуем фракционный состав:

Первый после дизеля

Светлые нефтепродукты состоят из легких фракций, кипящих при относительно низких температурах. Такие фракции, как правило, почти бесцветны. В первую очередь при упоминании светлых в голову приходит, конечно же, бензин. Хотя справедливости ради нужно сказать, что в структуре мирового потребления бензин уступает по объемам место дизельному топливу, и эта тенденция, по прогнозам экспертов, сохранится. Такой перевес дизеля связан как с многолетним трендом роста автопарка на дизельном топливе и сокращением выпуска бензиновых авто, так и со структурной характеристикой: в случае с дизелем это не только легковые автомобили, но и вся тяжелая коммерческая автотехника, железнодорожный транспорт.

Бензины — легковоспламеняющиеся бесцветные или слегка желтоватые жидкости, представляют собой смесь нефтепродуктов с интервалом кипения от 40 до 200°С. Интересно, что слово «бензин» происходит от арабского словосочетания, означающего «яванское благовоние». Так называли смолу дерева стиракс, известную также как «росный ладан». Позднее из нее стали производить кислоту, названную бензойной. В 1833 году немецкий химик Эйльхард Мичерлих получил из этой кислоты простейшее ароматическое соединение бензол и назвал его benzin. В некоторых языках это название закрепилось за классом легких нефтепродуктов, в состав которых входят ароматические соединения, в том числе бензол.

Составляющие бензина — продукты многих процессов на НПЗ: первичной перегонки (прямогонные бензиновые фракции) и вторичных процессов переработки — крекинга, риформинга, алкилирования, изомеризации, полимеризации, пиролиза и висбрекинга. Также в состав бензина могут входить неуглеводородные соединения — спирты, эфиры и другие компоненты.

Современный нефтеперерабатывающий завод — это сложнейшее технологическое сооружение, занимающее площадь в несколько гектар

Вторичные процессы относят к физико-химической технологии переработки. Именно химические реакции — конденсации, расщепления, замещения — позволяют регулировать производство и получать углеводородные смеси требуемого состава и качества. Это принципиально отличает вторичную переработку нефти от простой перегонки.

Слово «бензин» происходит от арабского словосочетания, означающего «яванское благовоние». Так называли смолу дерева стиракс. Позднее из нее стали производить кислоту, названную бензойной. в 1833-м немецкий химик Эйльхард Мичерлих получил из этой кислоты простейшее ароматическое соединение бензол и назвал его benzin.

Производство авиабензина

Производство авиационного бензина – это сложный процесс, который заключается в следующих технологических операциях:

• Производство различных компонентов (стабильный катализатор, толуол и т. д.).
• Процесс фильтрации присадок и других компонентов.
• Смешивание присадок и компонентов.

В нашей стране авиабензин не производится. Причина кроется в запрете на производство этила в РФ. Даже если недостающий компонент закупать за границей, производство горючего материала экономически невыгодно из-за малых объёмов его потребления. Готовое топливо для летательных аппаратов закупается за границей. Сложившаяся ситуация ставит авиационную промышленность в России в невыгодное положение, ведь производство отечественных летательных аппаратов зависит от закупочных цен на топливо из-за границы, а также объёма закупок.

Октановое число

Для того чтобы определить качество авиационного бензина необходимо в первую очередь разобраться с таким его параметром, как октановое число. ОЧ горючего материала определяет степень его стойкости к детонации. Другими словами, этот показатель показывает возможность топливной жидкости самовоспламеняться при сжатии в двигателе внутреннего сгорания. Таким образом, ОЧ равняется содержанию в горючей смеси изооктана и н-гептана, которые непосредственно влияют на стойкость авиационного бензина к детонации.

Определение ОЧ исследуемого образца топливной смеси осуществляется в стандартных условиях при установлении эквивалента по сопротивлению и детонации с известными показателями

В данном контексте следует принять во внимание, что плохо окисляющийся изооктан имеет стойкость к детонации 100 ед., а вещество н-гептан, мгновенно детонирующее при малейшем сжатии, характеризуется аналогичным показателем, принятым равным нулю. А для определения устойчивости к детонации бензина, у которого октановое число превышает 100 единиц, создали специальную шкалу, в которой используется изооктан с добавкой тетраэтилсвинца в разном количестве

Следует знать, что ОЧ бывают исследовательскими (ОЧИ) и моторными (ОЧМ). Первый тип ОЧ показывает, как при средней и малой нагрузке двигателя реагирует авиационный бензин. Для определения данного показателя применяется специальная установка в виде одноцилиндрового мотора, конструкция которого сжимает топливо с переменной нагрузкой. При этом частота вращения коленвала равняется 600 оборотов в минуту при температуре 50 °C.

ОЧМ демонстрирует, каким образом горючая жидкость реагирует на повышенные нагрузки. При этом методология аналогична предыдущей за исключением того, что частота вращения коленвала составляет 900 оборотов в минутк, а температура воздуха на испытаниях достигает 150°C .

Особое значение в части, касающейся увеличения ОЧ, приобретают присадки, благодаря которым достигается его уровень, необходимый для авиации (не менее 95 единиц). Раньше для целей увеличения ОЧ использовалась этиловая жидкость, а сегодня применяются целые комплексы, содержащие кислородосодержащие компоненты, эфиры, стабилизаторы, красители, антикоррозийные вещества и т.д.

Особенности использования

Тяжелые и высоковязкие топлива хуже качеством дистиллятных, но использование их выгодно из-за низкой себестоимости. Для улучшения качества судовых высоковязких топлив широко используют функциональные присадки:

• деэмульгаторы, уменьшающие содержание воды в топливе;
• присадки поглощающие сероводороды, при сильном снижении сероводородов снижаются смазочные свойства топлива. Поэтому вводятся еще малоизносные присадки, помогающие сохранить двигатели.
• улучшают текучесть топлива облегчением фракционного состава.

Особенности транспортировки и хранения

Транспортировка высоковязкого топлива

Условия складского хранения определяют оценкой температуры застывания. Существует три способа уменьшить температуру застывания:

• снижают содержание тяжелых фракций (понижают температуру конца кипения), увеличение легких фракций влечет за собой уменьшение цетанового числа;
• применение депрессантов – депрессорные добавки позволяют снизить температуру застывания, мало влияя на остальные характеристики, но улучшают прокачиваемость топлива.
• наиболее эффективным способом снижения температуры застывания и помутнения это снижение углеводородного состава;

При транспортировке топлив высокой вязкости следует помнить, что при изменении температуры окружающей среды плотность топлива меняется–при повышении температуры плотность уменьшается и наоборот. Поэтому один и тот же объем топлива может быть разного веса.

Сортность и производство

На устойчивость к взрыву при работе двигателя внутреннего сгорания на максимальной мощности в первую очередь влияет сортность топливной смеси. Например, горючее №115 допускает прирост рабочей мощности на 15% больше, чем авиационное топливо, созданное на изооктане. Авиационный бензин Avgas 100 ll согласно технической документации имеет сортность не менее 130 единиц. У топлива же марки 91 115 этот показатель превышает 115 единиц, что прописано в ГОСТ 1012. Топливо Avgas 100 ll даёт прирост к мощности, но только в том случае, если двигатель работает на обогащённой смеси. Мощность в этом случае увеличивается на 15% по сравнению с авиационным бензином марки Б 91 115.

Производство авиационного бензина представляет собой достаточно сложный процесс, заключающийся в следующих технологических операциях:

— производство различных компонентов (стабильный катализатор, толуол и т. д.);

— процесс фильтрации присадок и других компонентов;

— смешивание присадок и компонентов.

В России авиационный бензин не производится из-за наличия запрета на изготовление этила. Однако при условии закупки недостающего компонента за границей РФ изготовление топлива для летательных аппаратов будет экономически не обоснованным, что связано с небольшими объемами его использования.

Авиационное топливо обязательно содержит тетраэтилсвинец (ТЭС), который существенным образом улучшает его детонационные характеристики. Кроме того, этот компонент увеличивает износоустойчивость трущихся элементов двигателя. Однако ТЭС в чистом виде не используется, а его концентрация в применяемой для этих целей этиловой жидкости составляет 50%.

Согласно ГОСТ к авиационному бензину применяются более жесткие требования, чем к автомобильным видам топлива. А его производство подразумевает четкое число технологических процессов.

Авиационный бензин – это легковоспламеняющаяся жидкость, которая поступает в мотор летательного аппарата, смешиваясь с воздухом, чтобы получить тепловую энергию в результате процесса окисления кислородом поступающего воздуха в камеру сгорания. На таком топливе работают поршневые двигатели.

В авиационном бензине ценятся следующие показатели:

• Детонационная стойкость.
• Химическая стабильность.
• Фракционный состав.

Измерение параметра стойкости к детонации авиационного бензина необходимо для принятия решения о пригодности использования такого топлива в агрегатах, где происходит высокая степень сжатия поступающей из бензобака смеси

Для нормальной работы мотора летательного аппарата важно избежать детонационного возгорания

Фракционный состав необходимо знать для определения испаряемости бензина. Во время измерения выясняется, образует ли топливно-воздушную смесь.

Химическая стабильность – это противостояние изменениям состава горючей жидкости при транспортировке, хранении и эксплуатации.

Бензин Б-70

Бензин авиационный Б-70 – это легковоспламеняющееся горючее, имеющее едкий запах. Попадание его на кожу, глаза или во внутренние органы может привести к необратимым процессам, так как вещество это весьма токсично. Все необходимые работы с таким горючим проводятся с работающей вентиляцией, а для защиты человека используют перчатки из резины.

Технические характеристики авиационного бензина Б-70:

• бесцветное и прозрачное вещество;
• плотность при комнатной температуре составляет не более 0,7 г/см 3 ;
• начало перегонки – не выше 80 градусов Цельсия;
• процесс перегонки осуществляется при температуре не выше 100 градусов по Цельсию;
• ароматические углеводы в составе занимают не более 1,5 процентов;
• доля серы – не более 1,5%.

Цетановое число, качество воспламенения

При какой температуре замерзают бензин и дизтопливо

Так как дизельный двигатель работает без внешнего воспламенения, то после впрыска дизельного топлива в горячий сжатый воздух, находящийся в камере сгорания, оно должно самовоспламениться с минимально возможной задержкой (периодом задержки воспламенения).

Качество воспламенения определяется как такое свойство топлива, которое определяет начало его самовоспламенения в дизельном двигателе. Качество воспламенения выражается с помощью так называемого цетанового числа (CN). Чем выше цетановое число, тем легче воспламенить топливо.

Углеводород цетан имеет очень хорошую характеристику воспламеняемости, которая соответствует цетановому числу 100, тогда как углеводород метилнафталин, имеющий очень плохую воспламеняемость, имеет цетановое число, равное 0, Стандарт DIN 51601 для дизельного топлива определяет минимальное цетановое число в 45 единиц.

Однако для оптимальной работы современных дизельных двигателей (тихая работа, уменьшение вредных выбросов) желательно иметь топливо с повышенным цетановым числом около 50. Высококачественное дизельное топливо содержит большое количество парафинов с высокими цетановыми числами. В противоположность этому, различного типа ароматические углеводороды, содержащиеся в крекинговых соединениях, ухудшают качество воспламенения.

Состав бензинов

Бензин – фракция нефти, являющаяся самой легкой, имеющая следующий состав:

• от 25 до 61% предельных углеродов;
• от 13 до 45% непредельных углеродов;
• от 9 до 71% нафтеновых углеродов;
• от 4 до 16% ароматических углеродов, имеющих длинную молекулу;
• кислотосодержащие примеси;
• серосодержащие примеси;
• азотсодержащие примеси.

Получают бензиновый продукт в процессе возгонки нефти, качество горячего зависит от его фракционного состава. Состав определяется стандартом ГОСТ 2177-99, согласно которому и используется формула производства горячей смеси. Пусковые характеристики качественнее у бензинов, имеющих низкую температуру вскипания. Чтобы запустить холодный двигатель, должно выкипать до 10% горючего при температуре, не более 55 градусов.

Фрикционный структурный состав зимних бензинов легче, чем летних, поскольку это необходимо для прогрева и пуска двигателя. Главная часть топлива имеет название рабочая фракция, а от испаряемости этого компонента зависят следующие вещи:

• продолжительность периода, на протяжении которого прогревается двигатель;
• образования горячей смеси, в разных режимах функционирования двигателя;
• возможность выполнять переход между режимами быстро.

В составе отгона должно быть 50% рабочей фракции, именно этот физический показатель является нормой.