Что такое фракционный состав бензина на работу двигателя

Что такое фракционный состав бензина на работу двигателя

Параметры качества бензинов

Бензины как наиболее распространенное у нас в стране автомобильное топливо, должно удовлетворять ряду требований. Это различные нормы, предъявляемые со стороны автопроизводителей, нефтеперерабатывающих компаний, государственных контролирующих органов, экологических объединений. Использование топлива с высокими показателями качества – залог долгой службы автомобиля, его двигателя и систем, а также гарантия надежности и хороших ходовых характеристик.

Зачем нужны различные требования к топливу

Бензин характеризуют самые разные показатели, как химические, так и физические. Например, одно из самых важных – это октановое число. Эта характеристика в бензинах в первую очередь определяет их стоимость, что немаловажно для потребителя.

Производители двигателей внутреннего сгорания (ДВС) создают их под определенное топливо. И здесь одним из важнейших показателей является октановое число в бензине. Длительное и регулярное применение топлива с повышенным или пониженным содержанием изооктана существенно снижает срок службы двигателя и может в любой момент стать причиной его поломки.

Еще один немаловажный аспект качества бензинов – их безопасность. Ведь именно октановое число – показатель детонационной безопасности бензинов. Поэтому строгое соблюдение установленных производственных норм со стороны нефтеперерабатывающих предприятий – необходимое условие безопасной транспортировки, хранения, эксплуатации топлива.

Свои нормативы к качеству бензина предъявляют и различные природоохранные организации (как отечественные, так и международные). Эти требования устанавливают содержание опасных примесей и соединений в выхлопе. Количество этих продуктов сгорания напрямую зависит от химического и фракционного состава бензинов, наличия присадок и примесей.

Таким образом, показатели качества бензинов важны многим сторонам: государству, производителям, продавцам, потребителям. Ведь в конечном итоге качество топлива сказывается практически на всех сферах нашей жизни – от финансовой до экологической.

Основные качества бензинов

Как любая жидкая смесь с разнородным физико-химическим составом, бензиновое топливо может оцениваться по самым разным параметрам. Их определяют требования ГОСТов и другой нормативной документации, действующей на территории РФ и стран Таможенного союза. Согласно им, существуют пять основных критериев качества бензинов:

  • Фракционный состав топлива определенной марки.
  • Стабильность физико-химического состава бензинов.
  • Испаряемость и связанные с ней вязкость и температура замерзания.
  • Детонационная стойкость (октановое число).
  • Склонность к образованию нагара, определяющая наличие примесей присадок.

Следует отметить, что практически все эти характеристики (а также множество дополнительных) тесно взаимосвязаны. Остановимся на этих параметрах, имеющих самое непосредственное отношение к качеству бензина, подробнее.

Фракционный состав

Нефть – это смесь самых разных углеводородов и множества других примесей. Бензин, как продукт перегонки нефти, также состоит из разных по плотности и химическому составу фракций. Их качественно-количественные характеристики определяют поведение бензинов в различных условиях окружающей среды и функциональные показатели двигателя при работе. Чем больше легких фракций в составе, тем при более низких температурах может использоваться топливо без какого-либо ущерба для ДВС и автомобиля. Поэтому, например, летние и зимние марки бензина имеют различный состав. Также содержание той или иной фракции в горючем влияет на время прогрева двигателя, стабильность его работы, износ поршневой группы.

Химическая стабильность

Всем бензинам присуще свойство окисления под влиянием различных условий окружающей среды. Это происходит как при их хранении, так и в процессе работы двигателя. Чем дольше бензин может сохранять свои первоначальные характеристики (вне зависимости от условий окружающей среды), тем лучше. Быстрое же окисление топлива и снижение его октанового числа говорит о наличии дешевых присадок и примесей, нестабильности бензина. Он не только неспособен долго храниться (даже при соблюдении требований производителя), но и склонен к образованию нагара на внутренних поверхностях двигателя, в топливной и выхлопной системах. Химическая стабильность рассчитывается с учетом содержания смол и других легко окисляемых элементов в составе топлива.

Испаряемость

Этим параметром определяется способность топлива к фазовому переходу из жидкости в газ. Ведь именно бензиновые пары в смеси с воздухом образуют топливную смесь, которая сгорает при работе двигателя. Чем больше легких фракций содержит бензин, тем выше его испаряемость и ниже температура запустевания (замерзания). Дополнительно для определения испаряемости используется такая характеристика, как давление насыщенных паров (ДНП).

Детонационная безопасность

Это еще одна значимая характеристика качества бензинов, определяемая способностью топлива не взрываться при сжатии. Это происходит из-за слишком быстрого воспламенения топлива. Нормальная скорость распространения пламени в воздушно-бензиновой смеси не должна превышать 20-30 м/с. Если она выше в десятки и сотни раз, то происходит реактивное сгорание с образованием детонационной волны. Это приводит к повышенной нагрузке на элементы поршневой группы и перегрев двигателя, чреватый его выходом из строя.

Образование нагара

Обычно это говорит о том, что топливная смесь сгорает не полностью, а значит, бензин содержит различные примеси, присадки, загрязнения. Все это отрицательно сказывается на функциональности и работоспособности двигателя. Кроме того, такой бензин имеет повышенный расход. Образование нагара приводит к падению мощности, снижению срока службы движущихся элементов поршневой группы и может привести к серьезным поломкам.

Экологические качества

Существует также классификация бензинов по экологическим показателям. Чем выше характеристики топлива, тем полнее оно сгорает и, соответственно, меньше вредных веществ попадает в атмосферу. Наиболее опасны в этом плане сернистые и ароматические соединения, которые может содержать бензин. Их агрессивное воздействие сказывается также на состоянии топливной и выхлопной систем автомобиля.

Выбирая бензин для заправки, следует максимально внимательно относиться к его характеристикам, от них зависит срок службы двигателя и авто. Ведь незначительная экономия на топливе более низкого качества может обернуться серьезными поломками, требующими капитального ремонта.

ХИМИЯ НЕФТИ

СВОЙСТВА ТОПЛИВ

— топлива, выкипающие в интервале температур 28-215°С и предназначенные для применения в двигателях внутреннего сгорания с принудительным воспламенением.

В зависимости от назначения бензины разделяются на автомобильные и авиационные.

Основными показателями бензина являются детонационная стойкость, давление насыщенных паров, фракционный состав, химическая стабильность и др. Ужесточение в последние годы экологических требований к качеству нефтяных топлив ограничило содержание в бензинах ароматических углеводородов и сернистых соединений.

Детонационная стойкость

Детонация возникает в том случае, если скорость распространения пламени в двигателе достигает 1500-2500 м/с, вместо обычных 20- 30 м/с. В результате резкого перепада давления возникает детонационная волна, которая нарушает режим работы двигателя, что приводит к перерасходу топлива, уменьшению мощности, перегреву двигателя, к прогару поршней и выхлопных клапанов.

Октановое число

— условный показатель, характеризующий стойкость бензинов к детонации и численно соответствующий детонационной стойкости модельной смеси изооктана и н-гептана.

Октановое число изооктана принято за 100 пунктов, а н-гептана — за 0. Для автомобильных бензинов (кроме А-76) октановое число измеряется двумя методами: моторным и исследовательским. Октановое число определяется на специальных установках путем сравнения характеристик горения испытуемого топлива и эталонных смесей изооктана с н-гептаном. Испытания проводят в двух режимах:

  • жестком (частота вращения коленчатого вала 900 об/мин, температура всасываемой смеси 149°С, переменный угол опережения зажигания);
  • мягком (600 об/мин, температура всасываемого воздуха 52°С, угол опережения зажигания 13 град.).

При производстве бензинов смешением фракций различных процессов важное значение имеют так называемые октановые числа смешения (ОЧС), которые отличаются от расчетных значений. Октановые числа смешения зависят от природы нефтепродукта, его содержания в смеси и ряда других факторов. У парафиновых углеводородов ОЧС выше действительных на 4 единицы, у ароматических зависимость более сложная. Различие может быть существенным и превышать 20 пунктов. Октановое число смешения важно также учитывать при добавлении в топливо оксигенатов.

Читать еще:  1500 оборотов трехфазный двигатель

Фракционный состав

Фракционный состав бензинов характеризует испаряемость топлива, от которой зависит запуск двигателя, распределение топлива по цилиндрам двигателя, полнота сгорания, экономичность двигателя. Испаряемость определяется температурой перегонки 10, 50 и 90% (об.) выкипания фракций бензина.

В ГОСТ Р 51105-97, который действует с 01.01.99 г., фракционный состав бензина определяется при температуре выкипания 70, 100 и 180°С (по аналогии с требованиями к бензинам в США ).

Давление насыщенных паров

Давление насыщенных паров дает дополнительное представление об испаряемости бензина, а также о возможности образования газовых пробок в системе питания двигателя. Чем выше давление насыщенных паров бензина, тем выше его испаряемость.

Бензины, предназначенные для применения в летних условиях, имеют более низкое давление паров. Чтобы обеспечить необходимые пусковые свойства товарного бензина, в его состав включают, как правило, до 30% (об.) легких компонентов (фракция НК — 62°С, изомеризата, алкилата и др.). Требуемое давление насыщенных паров обеспечивается также добавлением бутана. В летних бензинах обычно содержится 2- 3% (об.) бутана, в зимних — до 5-8% (об.).

Химическая стабильность

В процессе хранения, транспортирования и применения бензинов возможны изменения в их химическом составе, обусловленные реакциями окисления и полимеризации. Окисление приводит к понижению октанового числа бензина и повышению его склонности к нагарообразованию. Для оценки химической стабильности бензинов используют показатели содержания фактических смол, индукционного периода окисления. Высокой химической стабильностью обладают компоненты, не содержащие алкенов, — прямогонные бензины, бензины каталитического риформинга, алкилаты и изомеризаты. В бензинах коксования, термического и каталитического крекинга, напротив, содержатся в достаточном количестве алкены, которые легко окисляются с образованием смол. Для повышения химической стабильности к топливам, содержащим компоненты вторичного происхождения, добавляют антиокислительные присадки: n-оксидифениламин, ионол (2,6-ди-трет-бутил-n-крезол), антиокислитель ФЧ-16, древесносмоляной антиокислитель и др.

Содержание сернистых и ароматических соединений

Активные сернистые соединения, содержащиеся в бензинах (сероводород, низшие меркаптаны) вызывают сильную коррозию топливной системы и транспортных емкостей; полнота очистки бензинов от этих веществ контролируется анализом на медной пластинке. Неактивные сернистые соединения (тиофены, тетрагидротиофены, сульфиды, дисульфиды, высшие меркаптаны) коррозии не вызывают, однако при их сгорании образуются оксиды серы (SO2, SO3), под действием которых происходит быстрый коррозионный износ деталей двигателя, снижается мощность, ухудшается экологическая обстановка.

Наибольшую опасность для людей представляют ароматические углеводороды, особенно бензол и полициклические ароматические углеводороды. Токсическое действие бензола объясняется возможностью его окисления в организме. В связи с этим в последних нормативных документах ограничено допустимое содержание серы, бензола и ароматических соединений в бензинах.

Испаряемость

Индекс испаряемости (ИИ) бензина характеризует испаряемость бензина и его склонность к образованию паровых пробок при определенном сочетании давления насыщенных паров и объема испарившегося бензина при температуре 70°С. Индекс испаряемости рассчитывают по формуле:

В зависимости от климатического района применения автомобильные бензины подразделяют на пять классов. Наряду с определением температуры перегонки при заданном объеме предусмотрено и определение объема испарившегося бензина при заданной температуре.

Статьи

Автомобильные и авиационные бензины (Испаряемость)

Испаряемость

Для обеспечения полного сгорания топлива в двигателе необходимо перевести его в короткий промежуток времени из жидкого состояния в парообразное и смешать с воздухом в определенном соотношении, т.е. создать рабочую смесь. В зависимости от конструкции двигателя возможны два способа образования рабочей смеси. При первом способе в карбюраторе происходит частичное испарение бензина и образование горючей смеси, затем паровоздушный поток распределяется по цилиндрам. Вследствие неполного испарения бензина часть капель из паровоздушного потока оседает в виде жидкой пленки на стенках впускного трубопровода. Из-за разности в скоростях движения паров и жидкой пленки в цилиндры поступает горючая смесь, неоднородная по качеству и составу. При втором способе бензин впрыскивается с помощью форсунок непосредственно в камеру сгорания или во впускной трубопровод.

Система подготовки горючей смеси с помощью карбюратора отличается относительной простотой и надежностью и используется практически во всех отечественных автомобилях, однако в этом случае предъявляются более жесткие требования к испаряемости бензина. Непосредственный впрыск бензина с помощью форсунок используется во всех современных автомобильных и авиационных двигателях, в том числе и отечественных. В двигателях, оборудованных системой электронного впрыска топлива, обеспечивается более равномерное распределение топлива по цилиндрам, и вследствие этого они обладают рядом преимуществ по сравнению с карбюраторными по топливной экономичности, динамичности, токсичности отработавших газов.

К физико-химическим показателям, от которых зависит испаряемость бензинов, относят давление насыщенных паров, фракционный состав, скрытую теплоту испарения, коэффициент диффузии паров, вязкость, поверхностное натяжение, теплоемкость, плотность. Из перечисленных показателей важнейшими, определяющими испаряемость бензинов, являются давление насыщенных паров и фракционный состав. По вязкости, поверхностному натяжению, скрытой теплоте испарения, коэффициенту диффузии паров, теплоемкости бензины разного состава сравнительно мало различаются между собой, и эти различия нивелируются конструктивными особенностями двигателей. Давление насыщенных паров и фракционный состав являются функциями состава бензина, и эти показатели могут существенно различаться для разных бензинов. Эти два параметра определяют пусковые свойства бензинов, их склонность к образованию паровых пробок, физическую стабильность. Давление насыщенных паров зависит от температуры и от соотношения паровой и жидкой фаз и уменьшается с уменьшением температуры и увеличением отношения паровой фазы к жидкой. В лабораторных условиях давление насыщенных паров определяют при температуре 37,8С и соотношения паровой и жидкой фаз (3,8-4,2):1 в «Бомбе Рейда» (ГОСТ 1756-52) или аппарате с механическим диспергированием типа «Вихрь» (ГОСТ 28781-90).

Фракционный состав бензинов определяют перегонкой на специальном приборе, при этом отмечают температуру начала перегонки, температуру выпаривания 10, 50, 90% и конца кипения (97,5% для авиабензинов), или объеме выпаривания при 70, 100 и 180С.

Требования к фракционному составу и давлению насыщенных паров бензинов определяются конструкцией автомобильного двигателя и климатическими условиями его эксплуатации. С одной стороны, необходимо обеспечить запуск двигателя при низких температурах, с другой стороны — предотвратить нарушения в работе двигателя, связанные с образованием паровых пробок при высоких температурах. Пусковые свойства бензина зависят от содержания в нем легких фракций, которое может может быть определено по давлению насыщенных паров и температуре перегонки 10% или объему легких фракций, выкипающих при температуре до 70С. Чем ниже температура окружающего воздуха, тем больше легких фракций требуется для запуска двигателя. Существует эмпирическая формула, позволяющая связать предельную температуру запуска двигателя с температурой выкипания 10% бензина: = t10/2 — 50,5, где — предельная температура запуска, С, t10 — температура выкипания 10% бензина, С.

Пусковые свойства бензинов ухудшаются с понижением давления их насыщенных паров, причем при давлении 34кПа концентрация паров бензина в рабочей зоне настолько мала, что запуск двигателя становится невозможным. Поэтому ГОСТ Р 51105-97 на автобензины предусматривает ограничение не только верхнего, но и нижнего уровня давления насыщенных паров. Присутствие бутанов в составе бензинов также положительно влияет на его пусковые свойства. Однако чрезмерное содержание низкокипящих фракций в составе бензинов может вызвать неполадки в работе прогретого двигателя, связанные с образованием паровых пробок в системе топливоподачи. Причиной образования паровых пробок в автомобильном двигателе является интенсивное испарение топлива вследствие его перегрева. В условиях жаркого климата это явление может иметь массовый характер. В авиационных двигателях причиной образования паровой пробки служит снижение атмосферного давления при подъеме самолета. Образование паровых пробок зависит от испаряемости бензина, температуры и конструкции двигателя. Чем выше давление насыщенных паров бензина, ниже температуры начала кипения и перегонки 10% и больше объем фракции, выкипающей при температуре до 70С, тем больше его склонность к образованию паровых пробок. Эта зависимость носит линейный характер и определяется следующим образом: ИПП = 10 ДНП + 7V70, где ИПП — индекс паровой пробки; ДНП — давление насыщенных паров бензина, кПа; V70 — объем бензина, выкипающего при температуре до 70С. Склонность бензина к образованию паровых пробок можно оценить по предельной температуре его нагрева, при которой соотношение паровых пробок является причиной ограничения верхнего уровня давления насыщенных паров (особенно для авиационных бензинов), которое не должно превышать 48 кПа.

Читать еще:  Электрические двигатели поиск неисправностей

От содержания в бензине легкокипящих фракций зависит его физическая стабильность, т.е. склонность к потерям от испарения. Наибольшие потери от испарения имеют бензины, содержащие в своем составе низкокипящие углеводороды: бутаны, изопентан.

Высокая испаряемость бензина может иногда стать причиной обледенения карбюратора. Испарение бензина в карбюраторе сопровождается понижением температуры его деталей. В условиях высокой влажности при температуре воздуха, которое вызывает обледенение карбюратора.

Снижая испаряемость бензина, можно предотвратить обледенение карбюратора, однако это ухудшает пусковые свойства бензинов. Поэтому в бензин вводят специальные антиобледенительные присадки или осуществляют конструктивные меры.

От фракционного состава зависят такие показатели как скорость прогрева двигателя, его приемистость, износ цилиндро-поршневой группы. Наиболее существенное влияние на скорость прогрева двигателя, его приемистость оказывает температура перегонки 50% бензина.Температура выкипания 90% бензина также влияет на эти характеристики, но в меньшей степени. Скорость прогрева двигателя, его приемистость зависят и от температуры окружающего воздуха. Чем ниже температура воздуха, тем ниже должна быть температура перегонки 50% бензина для обеспечения быстрого прогрева и хорошей приемистости двигателя. При понижении температуры это влияние усиливается. Поэтому нормы на этот показатель также зависят от температурных условий эксплуатации и различаются по сезону и климатическим зонам.

Для нормальной работы двигателя большое значение имеет полнота испарения топлива, которая характеризуется температурой перегонки 90% бензина и температурой конца кипения. При неполном испарении бензина во впускной системе часть его может поступать в камеру сгорания в жидком виде, смывая масло со стенок цилиндров. Жидкая пленка через зазоры поршневых колец может проникать в картер, при этом происходит разжижение масла. Это приводит к повышенным износам и отрицательно влияет на мощность и экономичность работы двигателя. Снижение температуры конца кипения бензинов может повысить их эксплуатационные свойства, однако это снижает ресурс бензинов.

Применение в современных автомобильных систем непосредственного впрыска бензина с электронным управлением позволяет достаточно эффективно использовать бензины с повышенной температурой конца кипения. С учетом широкого распространения таких автомобилей ГОСТ Р 51105-97 установлена норма на температуру конца кипения автомобильных бензинов 215С.

Как было указано выше, требования к испаряемости автомобильных бензинов в значительной мере зависят от температурных условий их применения. С учетом климатических особенностей нашей страны автомобильные бензины по фракционному составу и давлению насыщенных паров подразделяют на два вида: зимний и летний. По показателям испаряемости ГОСТ Р 51105-97 предусматривает пять классов бензинов. Требования к фракционному составу и давлению насыщенных паров определены в зависимости от сезона и климатического района применения. Такая классификация в большей степени удовлетворяет требованиям эксплуатации двигателей в разных климатических условиях и будет способствовать более экономичному и рациональному использованию топлив.

Анализ углеводородного топлива с помощью хроматографических методов

Автор: Астахов Александр Викторович

На предприятиях, которые производят моторные топлива, при отработке рецептур и технологии их изготовления требуется стабильный и точный анализ углеводородного состава и присадок. Топливо должно обеспечивать работу двигателей транспортных средств в широком интервале рабочих условий. Для этого изготовителю и потребителю нужно знать с высокой достоверностью такие характеристики бензина, как индивидуальный и групповой, а также фракционный состав, антидетонационные характеристики, плотность, давление насыщенных паров, содержание серы, окислительную стабильность, антикоррозионные и другие свойства, которые должны сочетаться так, чтобы обеспечить удовлетворительную работу двигателя. Кроме того, принимаются меры для повышения экологичности топлива, поэтому в него вводятся добавки для более полного сгорания и уменьшения выбросов.

Методам определения компонентного состава таких видов топлива как сжатый природный и сжиженный газы были посвящены две предыдущие статьи. В этой статье остановимся на методах анализа бензинов и смесей.

Бензин — это сложная смесь высоколетучих углеводородов, значительно отличающихся по своим физическим и химическим свойствам. Эти углеводороды получают разгонкой сырой нефти на фракции, а также посредством сложных процессов переработки, направленных на увеличение количества вырабатываемого бензина или повышения качества последнего. Типичный бензин состоит из сотен индивидуальных углеводородов с числом атомов углерода от четырех (бутаны и бутены) до одиннадцати (метилнафталин и др.). Эти углеводороды делятся на следующие группы: парафины, изопарафины, нафтены, олефины и ароматические углеводороды. На свойства товарных бензинов влияют преимущественно используемые методы нефтепереработки и частично свойства нефти, из которой эти бензины получены. Интервал кипения бензинов варьируется от 30 до 225 °С.

Для улучшения октанового числа бензинов (детонационная стойкость), объема, уменьшения выбросов выхлопных газов или приведения бензинов в соответствие с нормативными требованиями, бензины смешивают с оксигенатами. К оксигенатам для двигателей с искровым зажиганием относятся алифатические эфиры, например, эфир и спирты, например, этанол. Свойства моторных топлив для двигателей, описанные в национальных стандартах, безусловно, являются компромиссом между многочисленными требованиями к их качеству, экологическим свойствам и эксплуатационным характеристикам.

В настоящее время в «Перечень национальных стандартов, содержащих правила и методы исследований (испытаний) и измерений, правила отбора образцов, необходимые для применения и исполнения технического регламента «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для ракетных двигателей и топочному мазуту» и «Технический регламент Таможенного союза (ТР ТС 013/2011)» для определения компонентного состава бензина хроматографическими методами включены следующие нормативные документы:

  • ГОСТ Р 52714–2007. Бензины автомобильные. Определение индивидуального и группового углеводородного состава методом капиллярной газовой хроматографии;
  • ГОСТ Р ЕН 12177–2008. Жидкие нефтепродукты. Бензин. Определение содержания бензола газохроматографическим методом;
  • Бензины. Метод определения бензола и суммарного содержания ароматических углеводородов;
  • ГОСТ Р ЕН 13132–2008. Нефтепродукты жидкие. Бензин неэтилированный. Определение органических кислородсодержащих соединений и общего содержания органически связанного кислорода методом газовой хроматографии с использованием переключающихся колонок;
  • ГОСТ Р 54323–2011. Бензины автомобильные. Определение методом капиллярной газовой хроматографии;
  • ГОСТ Р 52531–2006. Дистилляты нефтяные. Хроматографический метод определения эфира;
  • ГОСТ Р ЕН 1601–2007. Нефтепродукты жидкие. Неэтилированный бензин. Определение кислородосодержащих органических соединений и общего содержания органически связанного кислорода с помощью газовой хроматографии ();
  • ЕН ИСО 22854–2008. Жидкие нефтепродукты. Определение типов углеводородов и оксигенатов в автомобильном бензине. Метод многомерной хроматографии.

Рассмотрим каждый нормативный документ отдельно, кроме последних двух, которые в виду сложности реализации и наличия аналогичных, но более простых методов анализа практически не применяются.

Согласно ГОСТ Р 52714 существует три метода анализа по аналогии с американскими стандартами ASTM D 5134–03, ASTM D 6729–01 и др.: метод, А (определение состава прямогонного бензина до С9+) — с помощью 50 метровой капиллярной колонки с неполярной подвижной фазой (метилсиликон), метод Б (определение состава автомобильного бензина до С13+) — с помощью 100 метровой капиллярной колонки, метод с низкотемпературным термостатированием 100 метровой капиллярной колонки (определение состава автомобильного бензина, включая часть оксигенатов). Углеводороды, разделенные на капиллярной колонке, регистрируются детектором (ПИД), обработка полученной информации осуществляется программным обеспечением. Эти методы в разной степени позволяют определить индивидуальный и групповой состав бензина. Идентификация компонентов проводится по индексам Ковача, в ГОСТе приведены индексы Ковача для 110 компонентов. В настоящее время удается идентифицировать порядка 450 компонентов бензина. Расчет концентраций компонентов проводится методом нормализации с коэффициентами.

Читать еще:  Что такое ракера на двигателе

По компонентному составу можно определить все основные характеристики бензина — октановое число, плотность, фракционный состав, давление насыщенных паров и др. Их можно теоретически рассчитать, зная концентрации компонентов и их соответствующие индивидуальные характеристики (октановое число, плотность, температура кипения, давление насыщенных паров), хотя практически они определяются, согласно упомянутому регламенту, другими не хроматографическими методами. Кроме того, по результатам группового состава оценку бензина на содержание олефинов и ароматических углеводородов, их концентрации для бензинов класса 5 не должны превышать 18 и 35% объемных соответственно. Обе группы компонентов существенно повышают октановое число, но олефины снижают стабильность бензина, склонны к окислению при хранении и соответственно повышению концентрации смол, а ароматические углеводороды увеличивают нагар в двигателе и долю канцерогенов в выхлопных газах. Участок хроматограммы анализа бензина на 100 метровой капиллярной колонке приведен на рис. 1.

Согласно ГОСТ Р ЕН 12177 определение бензола проводится методом переключения капиллярных колонок значительно отличающихся полярностью при помощи элементов Динса (многомерная хроматография). Фракцию, содержащую бензол, выделяют с помощью высокополярной капиллярной колонки, затем на второй неполярной капиллярной колонке проводят разделение бензола с регистрацией ПИД. Расчет концентрации бензола проводится методом внутреннего стандарта. Содержание бензола в бензине класса 5 не должно превышать 1% объемных. Это требование связано с его высокой токсичностью и канцерогенностью.

Согласно определение бензола и ароматических углеводородов осуществляется с помощью высокополярной насадочной колонки и ПИД. Этот метод в настоящее время устарел.

Согласно ГОСТ Р ЕН 13132 определение оксигенатов проводится методом переключения капиллярных колонок значительно отличающихся полярностью при помощи элементов Динса. Хроматограф для реализации этого метода аналогичен применяемому для анализа бензола в бензине по ГОСТ Р ЕН 12177. Расчет концентраций оксигенатов проводится методом внутреннего стандарта. Расчет органически связанного кислорода проводится по отношению молекулярной массы кислорода и соответствующего оксигената. В ГОСТе упомянуты порядка оксигенатов, хотя реально в бензине может присутствовать не больше десяти.

Оксигенаты существенно повышают октановое число бензина и способствуют лучшему его сгоранию, а, следовательно, снижают выбросы оксида углерода. Последнее особенно актуально в зимний период, пока не активен каталитический нейтрализатор автомобиля. Суммарное содержание оксигенатов в бензине класса 5 в пересчете на органически связанный кислород не должно превышать 2,7% массовых. Установлено, что добавка такого количества оксигенатов не требует дополнительной регулировки эксплуатируемого двигателя. При этом ограничения содержания оксигенатов касаются только карбюраторных двигателей, но повышенное содержание оксигенатов в бензине уменьшает его калорийность, а это основная характеристика топлива. Содержание различных оксигенатов регламентировано, так содержание метанола в бензине не допускается токсичности, а норма содержания этанола и других алифатических спиртов и эфиров колеблется от 5 до 15%. Следует отметить и такое свойство оксигенатов как гигроскопичность, что приводит к обводнению бензина.

Согласно ГОСТ Р 54323–2011 определение проводится с 100 метровой неполярной капиллярной колонки с последующей регистрацией ПИД. Однако в настоящее время более надежное определение можно осуществить на 60 метровой капиллярной колонке с полярной подвижной фазой, при этом дополнительно сокращается и время анализа. Расчет концентрации проводится методом внешнего стандарта. Содержание в бензине класса 5, ввиду его высокой токсичности, допускается не более 1% объемных.

Согласно ГОСТ Р 52531 определение метилтретбутилового эфира (МТБЭ) проводится методом предварительного концентрирования на адсорбционной колонке, заполненной силикагелем Дэвисона, двумя растворителями (неполярным и полярным) с последующим анализом на капиллярной колонке с полярной фазой и регистрацией ПИД. Расчет концентраций МТБЭ проводится методом внутреннего стандарта.

МТБЭ наряду с в настоящий момент являются в России наиболее популярными присадками к топливу, которые применяются для повышения октанового числа. Однако за рубежом к ним появилось ряд вопросов. МТБЭ запрещен в США и ряде стран Европы, его потребление там неуклонно снижается. Это связано в первую очередь с их токсичностью.

На предприятиях, которые производят моторные топлива, бензин, требуется анализ содержания в них массовой доли сероводорода, карбонилсульфида, меркаптанов, тиофенов и других соединений серы. Их содержание в бензине является важным показателем качества, поскольку они приводят к коррозии цилиндропоршневой группы и выходу из строя каталитического нейтрализатора, а также загрязнению окружающей среды. Допустимое содержание серы в бензине класса 5 — не более 10 мг/кг. Анализ бензина на содержание серы проводится согласно упомянутому регламенту другими не хроматографическими методами, но также имеются нормативные документы на проведение анализов хроматографическими методами:

  • ГОСТ Р 50802–95. Нефть. Метод определения сероводорода, метил-, и этилмеркаптанов;
  • ASTM D 5623–94. Стандартный метод испытаний для соединений серы в светлых жидких нефтепродуктах с помощью газовой хроматографии и сероселективного детектирования.

В настоящее время выпускается большое количество измерительного оборудования для анализа нефтепродуктов. Лабораторные комплексы выпускаются фирмами Agilent, Dani, Perkin Elmer, Shimadzu, , «Химаналитсервис», и др.

При выборе хроматографа для анализа различных нефтепродуктов следует руководствоваться следующими требованиями, которые должны быть обеспечены соответствующей аппаратурой:

  • точность дозирования и воспроизводимость условий ввода анализируемой пробы, которые достигаются применением автоматических дозаторов жидкостей. Кроме того, применение автоматических дозаторов актуально, анализ занимает много времени (до 2 часов) и количество анализов с участием за рабочий день ограничено;
  • представительность анализируемой пробы, отсутствие фракционирования, разложения и адсорбции в устройстве ввода (испарителе);
  • воспроизводимость и высокая точность поддержания условий хроматографического анализа, температуры термостата (особенно при программировании) и расхода для хроматографической (в большинстве случаев капиллярной) колонки;
  • высокая точность алгоритмов обнаружения и разметки хроматографических пиков, определение вершины пика (время удерживания компонента) и расчет площади пика (количественное определение компонента);
  • наличие точных расчетов концентрации компонентов и функций по объединению компонентов в группы, как по времени удерживания, так и дополнительным признакам, расчета дополнительных характеристик бензина;
  • высокая точность приготовления градуировочных растворов (смесей), а также выбор необходимого числа точек и математической зависимости при построении градуировочной характеристики.

Всем этим требованиям удовлетворяет, в частности, хроматограф М», который внесен в Гос.реестр средств измерений под № 24716–12 (сертификат RU.C.31.003A № 45461 от ), и выпускается серийно ООО г. .

Хроматограф « М» обладает высокотехнологичной системой управления работой аппаратной части и идентификации анализируемых соединений. Для проведения серийных анализов, к услугам потребителя — автоматические дозаторы жидкости типа НТ3000, которые рассчитаны на круглосуточную работу и позволяют проводить анализы в отсутствии оператора. Дозаторы рассчитаны на различное количество загружаемых виал с пробами 15, 121, 209. Хроматографическая информация обрабатывается с помощью персонального компьютера и программного обеспечения «NetChrom». Интерфейс программного обеспечения существенно облегчает работу оператора. Хроматограф может работать на любом удалении от компьютера, при этом управление хроматографом, а также передача данных осуществляются по стандартным интерфейсам. Хроматограф « М» представлен на рис. 2.

Данными хроматографами оснащены флагманы индустрии химической промышленности, например: «Нижнекамскнефтехим», «Салаватнефтеоргсинтез», , «Башнефть», «Сибур» и др.

Астахов А. Анализ свойств природного газа — Аналитика, 2013, № 1, с.40–44;
Астахов А. Анализ нефтепродуктов с помощью хроматографических методов — Аналитика, 2013, № 3, с.48–52

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector