Октановое число Взлом и реформинг

По данным статистического 2010 года, количество всех транспортных средств, путешествующих по дорогам нашего земного шара (легковые, автобусные и грузовые автомобили, но без двухколесных транспортных средств), превысило один миллиард. Среди них 800 миллионов легковых автомобилей. Как получается топливо для вождения такого количества автомобилей? Соответствует ли газ, полученный при фракционной перегонке сырой нефти, потребностям автомобильной промышленности?

Вы знаете

• что бензин представляет собой смесь углеводородов, содержащих от 5 до 12 атомов углерода в молекуле;

• Топливо для двигателей внутреннего сгорания получается при фракционной перегонке сырой нефти.

Вы узнаете

• определить октановое число бензина и объяснить, с какой целью и как можно улучшить качество топлива;

• объяснить способ получения бензина из более высоких фракций перегонки сырой нефти.

Автомобили с двигателем внутреннего сгорания приводятся в движение бензином, а с дизельным двигателем - дизельным. Какими свойствами обладают два вида топлива?

Опыт 1

Учитель оценивает воспламеняемость бензина и дизельного топлива.

Исследовательская проблема

Определение горючести и растворимости типичных моторных топлив в полярном и неполярном растворителе.

гипотеза

Бензин и дизельное топливо являются легковоспламеняющимися жидкостями и растворимы в некоторых растворителях.

Что будет нужно

• автомобильный бензин,

• мазут,

• ареометр,

• 2 испарителя,

• 4 трубки,

• 2 измерительных цилиндра,

• вода

• растительное масло,

• факел.

1. В двух стаканах есть соответственно: бензин и дизельное топливо. Обратите внимание на их физическое состояние, цвет и запах.

2. Налейте небольшое количество бензина в одну испаряющуюся посуду и осторожно зажгите пламя. (Эта часть опыта делается учителем).

3. Налейте дизельное масло во вторую испарительную тарелку и осторожно осветите дуговую поверхность вблизи ее поверхности. (Эта часть опыта делается учителем).

4. Налейте бензин в один мерный цилиндр, а дизельное масло - в другой. Используйте ареометр для измерения плотности обоих видов топлива.

5. Добавьте примерно 2 см3 автомобильного газа в две пробирки. Добавьте 1 см3 воды к первому и около 1 см3 растительного масла к другому.

6. Повторите ту же операцию с дизелем.

7. Смешайте содержимое пробирок.

Автомобильный бензин представляет собой бесцветную, летучую и легковоспламеняющуюся жидкость с характерным запахом. Яркое пламя сгоревшего топлива указывает на полное сгорание. Бензин не растворяется в воде, он остается на его поверхности, что подтверждает, что плотность бензина ниже плотности воды. Хорошо растворяется в растительном масле (неполярно). Поэтому бензин можно использовать для растворения жиров.
Дизельное топливо также является жидким, но с бледно-желтым цветом и характерным запахом. Светится легко, но пламя желтое, слегка дымчатое. Не растворяется в воде. Он остается на поверхности воды. Испытание плотности гидроэнергетики показывает, что дизельное масло имеет плотность 0,820–0,845 г / см3, что несколько выше, чем у бензина (0,720–0,775 г / см3). Он растворяется в растительном масле и, как бензин, является неполярным.

shuffle Shuffle skip_previous Предыдущее play_circle_outline pause_circle_outline Воспроизведение / пауза skip_next Следующий повтор Повтор

Отключение звука / включение звука

объем

access_voice_over accessibility Переключить режим доступности

субтитры Переключить субтитры

fullscreen fullscreen_exit Переключить в полноэкранный режим

Фильм доступен на портале epodreczniki.pl.

На лабораторном столе стоят 2 стакана. В одной есть бесцветная жидкость (бензин), а в другой жидкость более желтоватая (дизель). Экспериментатор поднимает оба стакана и некоторое время смотрит на эти жидкости. Затем дизельный сосуд опускает и проверяет запах бензина, нюхая пары этой жидкости к своему носу. Первый стакан откладывает и исследует запах вещества во втором стакане. В один испаритель экспериментатор наливает небольшое количество бензина, зажигает дугу и осторожно прикладывает изгиб горения к поверхности бензина. Бензин загорается сразу. Пламя яркое. Затем экспериментатор наливает дизельное масло во вторую испарительную тарелку, зажигает искрение и осторожно наносит его на поверхность этого топлива. Дизельное топливо также воспламеняется, но немного медленнее, а пламя желтое, слегка дымное. Экспериментатор наливает газ в один измерительный цилиндр, а другой - в дизельное топливо. Он помещает ареометр в оба цилиндра и наблюдает, до какой степени его ноги будут погружены. Крупный план на чтение. Экспериментатор считывает значение плотности в том месте, где уровень жидкости пересекает шкалу ареометра. Для бензина это значение должно находиться в диапазоне 0,720–0,775 г / см3, а для дизельного топлива 0,82–0,845 г / см3. Две пинт бензина следует добавить в две пробирки. Добавьте около 1 см3 воды к первому и около 1 см3 растительного масла к другому. Смешайте содержимое пробирок, встряхивая. В случае смеси воды и бензина химик показывает трубку, крупный план камеры и четко видит 2 несмешивающиеся жидкости (нижний слой с удвоенным объемом - вода, а верхний слой, слегка желтый - бензин). Во второй пробирке после смешивания образуется мутная, почти бесцветная жидкость, которую можно увидеть, поднеся камеру ближе к пробирке. Повторите ту же операцию с дизелем. Аналогичные результаты, с тем, что слой дизеля будет более желтым, чем бензин.

любопытство

Формула 1 (F1) - самая развитая технологическая спортивная дисциплина в мире. Двигатели в автомобилях имеют самую высокую топливную эффективность, хотя они сжигают от 60 до 75 литров бензина на 100 км. Однажды химики, нанятые отдельными командами, получили очень «агрессивные» смеси, содержащие, среди прочего: бензол, нитробензол, метанол, но сразу после окончания гонки это топливо было удалено из двигателя, поскольку оно могло быть повреждено. Сегодня топливо для автомобилей почти идентично тем, которые мы заправляем для наших автомобилей. Это «супер» неэтилированный бензин (соответствует стандартам ЕС), за исключением того, что он должен быть специально подготовлен - с учетом условий конкретной трассы, на которой проводится соревнование. Топливо перед каждой гонкой проверяется судьями F1. Каждая команда использует около 200 000 литров топлива в год.

Бензин, полученный при фракционной перегонке сырой нефти, представляет собой смесь углеводородов с прямыми углеродными цепями, которые взрывоопасно горят (детонация) и поэтому не могут использоваться в качестве топлива для автомобилей. Наиболее важным параметром, определяющим качество бензина, является октановое число ( LO ), который является показателем способности топлива использоваться для безцилиндрового сгорания в цилиндре двигателя внутреннего сгорания. Смесь бензин / воздух после воспламенения от свечи зажигания должна гореть равномерно и не слишком быстро, так как слишком быстрое сгорание вызывает неравномерную работу двигателя и преждевременный износ. Бензин с LO = 98 горит как смесь 98% изооктана и 2% н-гептана (самые низкие октановые числа имеют н-алканы).

shuffle Shuffle skip_previous Предыдущее play_circle_outline pause_circle_outline Воспроизведение / пауза skip_next Следующий повтор Повтор

Отключение звука / включение звука

объем

access_voice_over accessibility Переключить режим доступности

субтитры Переключить субтитры

fullscreen fullscreen_exit Переключить в полноэкранный режим

Фильм доступен на портале epodreczniki.pl.

Химик ведет машину. Машина приближается к АЗС. Он подъезжает к дистрибьютору. Мужчина выходит из машины. Мужчина стоит у раздатчика с бензином. Камера прыгает на работающем четырехтактном двигателе с искровым зажиганием. Когда двигатель работает, отображаются названия отдельных этапов работы этого двигателя. Существует схема фракционной перегонки сырой нефти с маркированными фракциями. Подход камеры на надписи бензин (5-12 ° С), после чего надпись плавно переходит в емкость с бензином (например, стакан или банку). Подойдите к дистрибьютору, чтобы увидеть два типа бензина: LO 95 и LO 98. На экране появляется шариковая модель молекулы изооктана, а под ней систематическое название, то есть рядом с ним. Затем появляется модель шара молекулы н-гептана и название. На экране появляется горизонтальная стрелка. Затем ползунок перемещается по стрелке вправо и показывает, как он достигает значения 95. Появляется человек, который только что заканчивает заправку. Он садится в машину. Он закрывает дверь и уходит.

любопытство

В случае дизельного топлива показателем способности этого топлива к самовоспламенению является цетановое число ( LC ). Число для этого топлива так же важно, как октановое число для бензина. Цетановое число должно находиться в диапазоне от 40 до 60. Эталонное топливо состоит из цетана (гексадекана), для которого LC = 100, и α-метилнафталина с LC = 0. Дизельные масла в Польше имеют цетановое число по меньшей мере 51. В случае Цетановое число мазута составляет около 20, что полностью исключает его как моторное топливо.

Октановое число бензина можно увеличить с помощью так называемого antydetonatory или химические антидетонаторы. Одной из первых таких мер был йод и анилин. В течение 7 лет сотрудники концерна General Motors испытали 73 000 различных химических веществ, а в 1922 году они обнаружили и запатентовали антидетонационное действие тетраэтилсвинца - соединения формулы: Pb (C 2 H 5) 4. Это вещество оказалось дешевым и очень эффективным, потому что добавление только 0,15 г этого реагента к 1 дм3 бензина увеличило его LO с 60 до 96. Однако было быстро установлено, что с выхлопными газами в атмосферу выбрасываются высокотоксичные соединения свинца, что создает угрозу для человек и природная среда. В настоящее время используется неэтилированный бензин, в котором простые эфиры: MTBE и ETBE или спирты (например, метанол и этанол) используются в качестве противоэфирных эфиров.

Современные антидетонаторы

любопытство

Свинец, хотя и известен человечеству более 4500 лет, является одним из наиболее токсичных тяжелых металлов. Римляне использовали этот элемент в промышленных масштабах. Примером этого являются римские гидротехнические сооружения, которые были почти целиком сделаны из свинцовых труб. Его также добавляли в вино в форме ацетата свинца (называемого свинцовым сахаром) для улучшения его вкуса и использовали при производстве красок. Отравление свинцом было распространенным заболеванием художников в древние времена. В результате отравления соединениями свинца он страдал Франциско Гойя, который часто использовал свинцовый белый. С 2005 года законодательство ЕС запрещает продажу этилированного бензина из-за вредных выбросов PbO и отравления автомобильным катализатором.

shuffle Shuffle skip_previous Предыдущее play_circle_outline pause_circle_outline Воспроизведение / пауза skip_next Следующий повтор Повтор

volume_upvolume_off

Отключение звука / включение звука

объем

access_voice_over accessibility Переключить режим доступности

субтитры Переключить субтитры

fullscreen fullscreen_exit Переключить в полноэкранный режим

Фильм доступен на портале epodreczniki.pl.

По дороге автомобиль движется, и из выхлопной трубы выходит дымовой поток. Вид на выхлопную систему автомобиля и приближающийся каталитический нейтрализатор. Появляется фотография, показывающая катализатор и его поперечные сечения. На экране отображается анимация того, как работает катализатор, и через некоторое время появляются уравнения химических реакций, которые иллюстрируют принцип работы такого катализатора. Есть работающий дизельный двигатель, к которому подается ВКЛ и который связан с катализатором, тот, с выхлопной трубой, из которой выбрасываются CO2, H2O и NOx. Машина снова едет, но из выхлопной трубы виден белый дым. Внезапно машина проходит через лужу воды и едет, но с прыжками. На экране компьютера автомобиля появляется пульсирующая надпись: «Ошибка! Пожарная команда появляется на сигнал.

Количество бензина, созданного непосредственно в результате фракционной перегонки сырой нефти, не покрывает потребность в этом топливе. Следовательно, его получают с использованием процесса переработки каменного угля, из синтез-газа или в процессе крекинга с более высокой фракционной перегонкой сырой нефти. растрескивание (из трещины , то есть излома, разрыва) - это процесс, который включает в себя распад длинных углеродных цепей на более короткие. Если растрескивание длинных цепей происходит при соответствующих условиях давления (4-6 МПа) и температуры (от 740 до 810 К), без участия воздуха - происходит термическое растрескивание . Если молекулы с более короткими цепями образуются в результате нагревания (температура около 720 К), под воздействием повышенного давления и в присутствии катализатора (например, AlCl 3, Cr 2 O 3, алюмосиликаты), то речь идет о каталитическом крекинге . Использование катализатора снижает температуру и давление этого процесса. В результате крекинга алканов образуются алканы и алкены с более короткой углеродной цепью, например,

Команда 1

Крекинг алкана с 16 атомами углерода дал: н-гептан, пент-1-ен и еще один углеводород. Дайте общую формулу этого углеводорода и ответьте на вопрос: обесцветит ли он бромную воду? Объясните, почему ингибиторы добавляются в бензин крекинга.

наконечник

Какой общий паттерн показывает строение алканов? Какие углеводороды обесцвечивают бромную воду: насыщенную или ненасыщенную? Ингибиторы представляют собой химические соединения, которые снижают скорость химических реакций.

Еще один способ увеличить октановое число бензина - это процесс, называемый риформинг , Он заключается в замене компонентов бензина при высокой температуре и с участием катализаторов, в результате чего образуются разветвленные и циклические углеводороды (в том числе ароматические), которые после добавления в топливо увеличивают его октановое число. Таким образом, реформинг приводит к: изомеризации (получение углеводородов с одинаковым составом, но различной структурой), циклизации (превращение углеводородов цепи в кольцевые углеводороды) и ароматизации (превращение углеводородов цепи в углеводороды цикла с определенной структурой, которые будут изучены теми из вас, кто научит химия в расширенном объеме).

Команда 2

Какие отношения в каждой паре будут иметь более высокое октановое число, чем в других:

1. н-гексан или 2-метилпентан,

2. н-гексан или метилциклопентан,

3. н-гексан или бензол (кольцевой углеводород со специфической структурой)?

наконечник

2-метилпентан представляет собой углеводород с разветвленной цепью, метилциклопентан представляет собой насыщенный углеводород с кольцевой структурой, а бензол является наиболее простым ароматическим углеводородом.

shuffle Shuffle skip_previous Предыдущее play_circle_outline pause_circle_outline Воспроизведение / пауза skip_next Следующий повтор Повтор

volume_upvolume_off

Отключение звука / включение звука

объем

access_voice_over accessibility Переключить режим доступности

субтитры Переключить субтитры

fullscreen fullscreen_exit Переключить в полноэкранный режим

Фильм доступен на портале epodreczniki.pl.

В анимации появляется полуструктурная формула молекулы н-гексана с информацией о октановом числе. Схема также содержит циклогексан с LO = 83 и бензол с LO = 100. Затем появляется полуструктурная формула пентана, которую можно превратить в: 2-метилбутан и 2,2-диметилпропан. На заключительном этапе анимации появляется автозаправочная станция, а на ней автомобиль, который заправляется бензином.

любопытство

Во время Второй мировой войны, когда добыча бензина была очень сложной, гражданские автомобили иногда приводились в движение менее эффективным топливом - древесным газом. Это была смесь водорода, оксида углерода (II), метана, а также негорючих газов, то есть: азота, оксида углерода (IV) и водяного пара. Чтобы получить энергию, соответствующую расходу 1 литра бензина, необходимо было газифицировать 2,5-4 кг древесины. Древесина бука считалась лучшей. Дровяная газовая установка, так называемая Газогенератор, он занимал много места и напоминал внешний котел. Запуск газогенератора занял около 15-20 минут, поэтому необходимо было учитывать дополнительное время при планировании начала поездки.

Автомобиль с дровяным газогенератором

• Бензин, полученный при фракционной перегонке сырой нефти, прежде чем он станет моторным топливом, нуждается в модификации.

• Октановое число является параметром, который измеряет устойчивость бензина к детонационному сгоранию.

• Антидепрессанты - это антидетонаторы, присутствие которых увеличивает октановое число бензина.

• Крекинг - это метод получения бензина из более тяжелых фракций перегонки нефти.

• Реформинг - это процесс получения высокооктановых компонентов бензинов (углеводородов с разветвленными и кольцевыми цепями) из углеводородов с прямой цепью.

домашнее задание

Команда 3.1

В течение 1 секунды автомобильный бак Формулы 1 заправляет около 12 дм3 топлива. Подсчитайте, сколько кг топлива с плотностью 0,75 г / см3 может быть заправлено в течение 3-х секундного непрерывного пит-стопа (остановка на СТО).

Команда 3.2

Ищите информацию об альтернативных источниках энергии, которые используются или планируются к использованию в автомобилях нового поколения.

Определение: антидетонаторы

добавленные в бензин вещества для детонации с целью повышения его октанового числа

Определение: октановое число

параметр, который является мерой устойчивости бензина к детонационному сгоранию (детонационное сгорание)

Определение: растрескивание

процесс распада длинноцепочечных алканов на соединения с цепями, содержащими меньшее количество атомов углерода

Определение: реформирование

процесс превращения углеводородов с прямой цепью в углеводороды с разветвленной цепью или углеводороды в кольце