Термины бензин ( / ˈ ɡ æ s ə l iː n / ), бензин ( / ˈ p ɛ t r ə l / ) или просто газ идентифицируют и описывают нефтехимический продукт, характеризующийся как прозрачная, желтоватая и легковоспламеняющаяся жидкость, обычно используемая. в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием . Бензин , используемый в качестве топлива для двигателей , по химическому составу состоит из органических соединений , полученных в результате фракционной перегонки нефти и позднее химически обогащенных присадками к бензину .
Топливные характеристики конкретной бензиновой смеси, которая препятствует слишком раннему воспламенению , вызывает детонацию двигателя и снижает эффективность поршневых двигателей , измеряются как октановое число топливной смеси; Бензиновая смесь с наиболее стабильным октановым числом тогда производится в нескольких марках топлива для разных типов моторов. Тетраэтилсвинец и другие соединения свинца не используются в современном автомобильном бензине, за исключением авиации, автомобилей повышенной проходимости и двигателей гоночных автомобилей . [1] [2]
Бензин может попадать в окружающую среду Земли в виде несгоревшего жидкого топлива, легковоспламеняющейся жидкости или в виде паров в результате утечек, возникающих при его производстве, погрузочно-разгрузочных работах, транспортировке и доставке. [3] Бензин содержит известные канцерогены . [4] [5] [6] При сгорании один литр (0,26 галлона США) бензина выделяет около 2,3 килограмма (5,1 фунта) CO 2 , парникового газа , что способствует изменению климата, вызванному деятельностью человека . [7] [8] На нефтепродукты, включая бензин, пришлось около 32% выбросов CO 2 во всем мире в 2021 году . [9]
В среднем нефтеперерабатывающие заводы США производят от 19 до 20 галлонов бензина, от 11 до 13 галлонов дистиллятного топлива, дизельного топлива и от 3 до 4 галлонов реактивного топлива из каждого 42-галлонного (152-литрового) барреля сырой нефти. Соотношение продуктов зависит от обработки на нефтеперерабатывающем заводе и анализа сырой нефти [10] (см. § Этимологию).
Американское английское слово «бензин» обозначает топливо для автомобилей , которое в обычном использовании сокращается до терминов «газ» , «моторный газ » и «mogas » , и таким образом отличает это топливо от avgas (авиационного бензина), который является топливом для самолетов. Термин «бензин» произошел от товарных знаков Cazeline и Gazeline , которые были стилизованными написанием и произношением Касселла , фамилии британского бизнесмена Джона Касселла , который 27 ноября 1862 года разместил следующую рекламу мазута в лондонской «Таймс» :
Запатентованное казелиновое масло, безопасное, экономичное и блестящее [...] обладает всеми необходимыми качествами, которые так долго были востребованы в качестве средства мощного искусственного света. [12]
Эта реклама 19-го века является самым ранним появлением товарного слова Касселла Cazelline для обозначения автомобильного топлива. В ходе ведения бизнеса он узнал, что владелец магазина в Дублине Сэмюэл Бойд продавал поддельную версию бензинового топлива , и в письменном виде попросил Бойда прекратить продажу топлива с использованием его товарного знака. Бойд не ответил, и Касселл изменил написание торговой марки своего топливного бензина, изменив начальную букву C на букву G , образовав таким образом слово газелин . [13] К 1863 году в североамериканском английском языке слово « газелин» было изменено на слово «бензин» , а к 1864 году написание «бензин» стало обычным явлением. Вместо слова «бензин» в большинстве стран Содружества (кроме Канады) используется термин «бензин», а жители Северной Америки чаще используют в просторечии «газ», отсюда и преобладание употребления «газовый бар» или «заправочная станция». в Канаде и США. [14]
Придуманное из средневековой латыни , слово нефть (L. petra , rock + oleum , нефть) первоначально обозначало виды минерального масла, получаемые из горных пород и камней. [15] [16] В Великобритании бензин представлял собой продукт очищенного минерального масла, который с 1870-х годов продавался в качестве растворителя британским оптовым торговцем Carless Refining and Marketing Ltd. [17] Когда бензин позже нашел применение в качестве моторного топлива, Фредерик Симмс , партнер Готлиба Даймлера , предложил Джону Леонарду, владельцу Carless, создать торговую марку слова Petrol и его написания в верхнем регистре . [18] Заявка на регистрацию товарного знака была отклонена, поскольку бензин уже стал общепринятым общим термином для моторного топлива. [19] Из-за возраста фирмы, [ необходима ссылка ] Карлесс сохранил за собой законные права на этот термин и на написание заглавными буквами слова «Бензин» как названия нефтехимического продукта. [20] [21]
Британские нефтеперерабатывающие заводы первоначально использовали «моторный спирт» как общее название автомобильного топлива и «авиационный спирт» для авиационного бензина . Когда в 1930-х годах компании Carless было отказано в регистрации товарного знака «бензин», ее конкуренты перешли на более популярное название «бензин». Однако термин «моторный дух» уже нашел отражение в законах и постановлениях, поэтому этот термин до сих пор используется как официальное название бензина. [22] [23] Этот термин наиболее широко используется в Нигерии, где крупнейшие нефтяные компании называют свою продукцию «моторным спиртом премиум-класса». [24] Хотя слово «бензин» проникло в нигерийский английский, «премиум мотор спирит» остается официальным названием, которое используется в научных публикациях, правительственных отчетах и газетах. [25]
Использование слова «бензин» вместо «бензин» редко встречается за пределами Северной Америки, [26] [ не удалось проверить ] [ ненадежный источник? ] хотя бензин используется в испанском и португальском языках, а газорин — в японском.
На многих языках название продукта происходит от углеводородного соединения бензола или , точнее, от класса продуктов, называемых нефтяным бензином , например бензин на немецком языке или бензин на итальянском языке; но в Аргентине, Уругвае и Парагвае разговорное название « нафта» происходит от химического названия «нафта ». [27]
В некоторых языках, например французском и итальянском, для обозначения дизельного топлива используются соответствующие слова, обозначающие бензин . [28]
Первые двигатели внутреннего сгорания, пригодные для использования на транспорте, так называемые двигатели Отто , были разработаны в Германии в последней четверти XIX века. Топливом для этих ранних двигателей был относительно летучий углеводород , полученный из каменноугольного газа . Имея температуру кипения около 85 °C (185 °F) ( н -октан кипит при 125,62 °C (258,12 °F) [29] ), он хорошо подходил для ранних карбюраторов (испарителей). Разработка карбюратора с «распылительной форсункой» позволила использовать менее летучие виды топлива. Дальнейшее повышение эффективности двигателя было предпринято за счет более высоких степеней сжатия , но первые попытки были заблокированы преждевременным взрывом топлива, известным как детонация .
В 1891 году процесс Шуховского крекинга стал первым в мире коммерческим методом расщепления более тяжелых углеводородов в сырой нефти с целью увеличения процентного содержания более легких продуктов по сравнению с простой перегонкой.
Эволюция бензина последовала за эволюцией нефти как доминирующего источника энергии в индустриализирующемся мире. До Первой мировой войны Великобритания была величайшей промышленной державой мира и зависела от своего военно-морского флота в защите поставок сырья из своих колоний. Германия также переживала индустриализацию и, как и Великобритания, испытывала недостаток во многих природных ресурсах, которые нужно было доставлять на родину. К 1890-м годам Германия начала проводить политику глобального влияния и начала строить военно-морской флот, чтобы конкурировать с британским. Уголь был топливом, питавшим их флот. Хотя и Великобритания, и Германия имели природные запасы угля, новые разработки в области использования нефти в качестве топлива для кораблей изменили ситуацию. Корабли, работающие на угле, были тактической слабостью, поскольку процесс погрузки угля был чрезвычайно медленным и грязным и делал судно полностью уязвимым для атак, а ненадежные поставки угля в международных портах делали дальние рейсы непрактичными. Преимущества нефтяной нефти вскоре привели к тому, что военно-морские силы мира перешли на нефть, но у Великобритании и Германии было очень мало внутренних запасов нефти. [30] Британия в конечном итоге решила свою военно-морскую нефтяную зависимость, получив нефть от Royal Dutch Shell и Anglo-Persian Oil Company , и это определило, откуда и какого качества будет поступать ее бензин.
На раннем этапе развития бензиновых двигателей самолеты были вынуждены использовать автомобильный бензин, поскольку авиационного бензина еще не существовало. Эти ранние виды топлива назывались «прямогонными» бензинами и представляли собой побочные продукты перегонки сырой нефти с получением керосина , который был основным продуктом, который искали для сжигания в керосиновых лампах . Производство бензина не превосходило производство керосина до 1916 года. Самые ранние прямогонные бензины были получены в результате перегонки восточной сырой нефти, и не было смешивания дистиллятов из разных сортов нефти. Состав этих ранних видов топлива был неизвестен, а качество сильно различалось, поскольку сырая нефть из разных нефтяных месторождений содержала разные смеси углеводородов в разных соотношениях. Эффекты двигателя, вызываемые ненормальным сгоранием ( детонация двигателя и преждевременное зажигание ) из-за использования некачественного топлива, еще не были выявлены, и, как следствие, не существовало рейтинга бензина с точки зрения его устойчивости к ненормальному сгоранию. Общая спецификация, с помощью которой измерялись первые бензины, заключалась в определении удельного веса по шкале Боме , а затем и летучести (склонности к испарению), определяемой в терминах температур кипения, что стало основным направлением деятельности производителей бензина. Эти первые восточные бензины для сырой нефти имели относительно высокие результаты испытаний по Боме (от 65 до 80 градусов по Боме) и назывались «бензинами с высокими испытаниями в Пенсильвании» или просто «бензинами с высокими испытаниями». Они часто использовались в авиационных двигателях.
К 1910 году увеличение производства автомобилей и, как следствие, увеличение потребления бензина привело к увеличению спроса на бензин. Кроме того, растущая электрификация освещения привела к падению спроса на керосин, что создало проблему с поставками. Казалось, что растущая нефтяная промышленность окажется в ловушке перепроизводства керосина и недостаточного производства бензина, поскольку простая перегонка не может изменить соотношение двух продуктов из любой конкретной нефти. Решение появилось в 1911 году, когда разработка процесса Бертона позволила провести термический крекинг сырой нефти, что увеличило выход бензина из более тяжелых углеводородов. Это сочеталось с расширением внешних рынков для экспорта излишков керосина, в котором внутренние рынки больше не нуждались. Считалось, что эти новые термически «крекинговые» бензины не оказывают вредного воздействия и будут добавляться в прямогонные бензины. Также существовала практика смешивания тяжелых и легких дистиллятов для достижения желаемого показателя Боме, и все вместе они назывались «смешанными» бензинами. [31]
Постепенно летучесть получила преимущество перед тестом Боме, хотя оба эти показателя продолжали использоваться в сочетании для определения бензина. Еще в июне 1917 года компания Standard Oil (крупнейший в то время переработчик сырой нефти в Соединенных Штатах) заявила, что наиболее важным свойством бензина является его летучесть. [32] Подсчитано, что номинальный эквивалент этих прямогонных бензинов варьировался от 40 до 60 октановых чисел, а октановое число «высокого качества», иногда называемое «боевым», вероятно, составляло в среднем от 50 до 65 октановых чисел. [33]
До вступления Соединенных Штатов в Первую мировую войну европейские союзники использовали топливо, полученное из сырой нефти с Борнео , Явы и Суматры , что обеспечивало удовлетворительные характеристики их военных самолетов. Когда США вступили в войну в апреле 1917 года, США стали основным поставщиком авиационного бензина союзникам, и было отмечено снижение характеристик двигателей. [34] Вскоре стало понятно, что автомобильное топливо неудовлетворительно для авиации, и после потери нескольких боевых самолетов внимание переключилось на качество используемых бензинов. Более поздние летные испытания, проведенные в 1937 году, показали, что снижение октанового числа на 13 пунктов (со 100 до 87) снижает мощность двигателя на 20 процентов и увеличивает взлетную дистанцию на 45 процентов. [35] Если произойдет ненормальное сгорание, двигатель может потерять достаточную мощность, и взлет станет невозможным, а разбег при взлете станет угрозой для пилота и самолета.
2 августа 1917 года Горное бюро США организовало исследование топлива для самолетов в сотрудничестве с авиационным отделом Корпуса связи армии США, и общее исследование пришло к выводу, что надежных данных о подходящем топливе для самолетов не существует. В результате начались летные испытания на месторождениях Лэнгли, МакКук и Райт, чтобы определить, как разные бензины ведут себя в разных условиях. Эти испытания показали, что на некоторых самолетах автомобильные бензины работали так же хорошо, как и «высококлассные», но на других типах двигатели приводили к перегреву. Также было обнаружено, что бензины из ароматической и нафтеновой сырой нефти из Калифорнии, Южного Техаса и Венесуэлы приводят к плавной работе двигателей. В результате этих испытаний в конце 1917 года были разработаны первые правительственные спецификации на автомобильные бензины (авиационные бензины использовали те же спецификации, что и автомобильные бензины) .
Конструкторы двигателей знали, что в соответствии с циклом Отто мощность и эффективность увеличиваются с увеличением степени сжатия, но опыт первых бензинов во время Первой мировой войны показал, что более высокие степени сжатия увеличивают риск ненормального сгорания, приводя к снижению мощности, снижению эффективности и работе в горячем состоянии. двигателей и потенциально серьезное повреждение двигателя. Чтобы компенсировать это плохое топливо, в первых двигателях использовалась низкая степень сжатия, что требовало относительно больших и тяжелых двигателей с ограниченной мощностью и эффективностью. Первый бензиновый двигатель братьев Райт имел степень сжатия всего 4,7:1, развивал всего 8,9 киловатт (12 л.с.) при объеме 3290 кубических сантиметров (201 куб.дюйм) и весил 82 килограмма (180 фунтов). [37] [38] Это было серьезной проблемой для авиаконструкторов, а потребности авиационной промышленности спровоцировали поиск топлива, которое можно было бы использовать в двигателях с более высокой степенью сжатия.
Между 1917 и 1919 годами количество используемого бензина термического крекинга увеличилось почти вдвое. Кроме того, значительно возросло использование природного бензина . В этот период многие штаты США установили спецификации для автомобильного бензина, но ни один из них не был согласован, и они были неудовлетворительными с той или иной точки зрения. Крупные нефтеперерабатывающие предприятия начали указывать процентное содержание ненасыщенных материалов (продукты термического крекинга вызывают склеивание как при использовании, так и при хранении, в то время как ненасыщенные углеводороды более реакционноспособны и имеют тенденцию соединяться с примесями, приводящими к склеиванию). В 1922 году правительство США опубликовало первые спецификации авиационных бензинов (две марки обозначались как «боевые» и «отечественные» и регулировались температурами кипения, цветностью, содержанием серы и тестом на образование смол) вместе с одним «моторным» бензином. комплектация для автомобилей. Испытание на смоле по существу исключило бензин термического крекинга из использования в авиации, и, таким образом, авиационные бензины вернулись к фракционированию прямогонной нафты или смешиванию прямогонной и высокообработанной термически крекинговой нафты. Такая ситуация сохранялась до 1929 года. [39]
Автомобильная промышленность с тревогой отреагировала на рост производства бензина термического крекинга. При термическом крекинге образуется большое количество как моно-, так и диолефинов (ненасыщенных углеводородов), что увеличивает риск образования камеди. [40] Кроме того, летучесть снижалась до такой степени, что топливо не испарялось, прилипало к свечам зажигания и загрязняло их, вызывая затрудненный запуск и неровную работу зимой, прилипая к стенкам цилиндров, минуя поршни и кольца и переходя в масло картера. [41] В одном журнале говорилось: «В многоцилиндровом двигателе дорогого автомобиля мы разбавляем масло в картере двигателя на 40 процентов за пробег в 200 миль [320 км], как показал анализ масла. на выставках масленок». [42]
Будучи очень недовольными последовавшим за этим снижением общего качества бензина, производители автомобилей предложили ввести стандарты качества для поставщиков масла. Нефтяная промышленность, в свою очередь, обвинила автопроизводителей в том, что они не делают достаточно для улучшения экономичности транспортных средств, и этот спор стал известен в двух отраслях как «проблема с топливом». Враждебность между отраслями росла, каждая обвиняла другую в бездействии для решения проблем, и их отношения ухудшились. Ситуация разрешилась только тогда, когда Американский институт нефти (API) инициировал конференцию для решения проблемы топлива, а в 1920 году был создан комитет по совместным исследованиям топлива (CFR) для наблюдения за совместными исследовательскими программами и решениями. Помимо представителей двух отраслей, важную роль также сыграло Общество инженеров автомобильной промышленности (SAE), а Бюро стандартов США было выбрано в качестве беспристрастной исследовательской организации для проведения многих исследований. Изначально все программы касались плавности и расхода топлива, легкости запуска, разжижения картерного масла и ускорения. [43]
С увеличением использования бензинов термического крекинга возросло беспокойство по поводу его влияния на ненормальное сгорание, что привело к исследованию антидетонационных присадок. В конце 1910-х годов такие исследователи, как А. Х. Гибсон, Гарри Рикардо , Томас Мидгли-младший и Томас Бойд, начали исследовать аномальное горение. Начиная с 1916 года Чарльз Ф. Кеттеринг из General Motors начал исследовать присадки, основанные на двух путях: «высокопроцентном» растворе (когда добавлялось большое количество этанола ) и «низкопроцентном» растворе (где всего 0,53–1,1 г/л). или 0,071–0,147 унции/галлон США). «Низкопроцентное» решение в конечном итоге привело к открытию тетраэтилсвинца (TEL) в декабре 1921 года, продукта исследований Мидгли и Бойда и определяющего компонента этилированного бензина. Это нововведение положило начало циклу повышения эффективности использования топлива , который совпал с крупномасштабным развитием нефтепереработки с целью получения большего количества продуктов в диапазоне кипения бензина. Этанол нельзя было запатентовать, а TEL можно, поэтому Кеттеринг получил патент на TEL и начал продвигать его вместо других вариантов.
К тому времени опасность соединений, содержащих свинец, была хорошо известна, и Роберт Уилсон из Массачусетского технологического института, Рейд Хант из Гарварда, Янделл Хендерсон из Йельского университета и Эрик Краузе из Потсдамского университета в Германии прямо предупредили Кеттеринга о его использовании. Краузе много лет работал над тетраэтилсвинцом и назвал его «ползучим и вредоносным ядом», который убил члена его диссертационного комитета. [44] [45] 27 октября 1924 года газетные статьи по всей стране рассказывали о рабочих нефтеперерабатывающего завода Standard Oil недалеко от Элизабет , штат Нью-Джерси, которые производили TEL и страдали от отравления свинцом . К 30 октября число погибших достигло пяти. [45] В ноябре Комиссия по труду Нью-Джерси закрыла нефтеперерабатывающий завод Бэйуэй, и было начато расследование большого жюри, в результате которого к февралю 1925 года не было предъявлено никаких обвинений. Продажа этилированного бензина была запрещена в Нью-Йорке, Филадельфии и Нью-Джерси. General Motors , DuPont и Standard Oil, которые были партнерами Ethyl Corporation , компании, созданной для производства TEL, начали утверждать, что не существует альтернативы этилированному бензину, которая сохраняла бы топливную экономичность и при этом предотвращала бы детонацию двигателя. После того, как несколько ошибочных исследований, финансируемых промышленностью, показали, что бензин, обработанный TEL, не представляет собой проблему для общественного здравоохранения, споры утихли. [45]
За пять лет до 1929 года было проведено большое количество экспериментов по различным методам испытаний для определения устойчивости топлива к аномальному сгоранию. Оказалось, что детонация двигателя зависела от широкого спектра параметров, включая компрессию, угол опережения зажигания, температуру цилиндров, двигатели с воздушным или водяным охлаждением, форму камеры, температуру на впуске, бедную или богатую смесь и другие. Это привело к появлению запутанного разнообразия тестовых двигателей, которые давали противоречивые результаты, а стандартной шкалы оценок не существовало. К 1929 году большинство производителей и потребителей авиационного бензина признали, что в государственные спецификации необходимо включать определенный уровень антидетонации. В 1929 году была принята шкала октановых чисел , а в 1930 году установлена первая октановая характеристика авиационных топлив. В том же году ВВС США в результате проведенных исследований определили для своих самолетов топливо с октановым числом 87. [46]
В этот период исследования показали, что структура углеводородов чрезвычайно важна для антидетонационных свойств топлива. Парафины с прямой цепью в диапазоне кипения бензина имели низкие антидетонационные свойства, тогда как молекулы в форме колец, такие как ароматические углеводороды (например, бензол ), имели более высокую стойкость к детонации. [47] Это развитие привело к поиску процессов, которые позволили бы производить больше этих соединений из сырой нефти, чем достигается при прямой перегонке или термическом крекинге. Исследования крупнейших нефтеперерабатывающих заводов привели к разработке процессов, включающих изомеризацию дешевого и распространенного бутана в изобутан и алкилирование с целью соединения изобутана и бутиленов с образованием изомеров октана , таких как « изооктан », который стал важным компонентом при смешивании авиационного топлива. Ситуацию еще больше усложняло то, что по мере увеличения мощности двигателя увеличивалась и высота, на которую мог подняться самолет, что приводило к опасениям по поводу замерзания топлива. Среднее снижение температуры составляет 3,6 ° F (2,0 ° C) на каждые 300 метров (1000 футов) увеличения высоты, а на высоте 12 000 метров (40 000 футов) температура может приближаться к -57 ° C (-70 ° F). Присадки, такие как бензол, с температурой замерзания 6 ° C (42 ° F), замерзают в бензине и закупоривают топливопроводы. Замещенные ароматические соединения, такие как толуол , ксилол и кумол , в сочетании с ограниченным количеством бензола решили проблему. [48]
К 1935 году существовало семь различных авиационных марок в зависимости от октанового числа, две армейские марки, четыре марки военно-морского флота и три коммерческих марки, включая введение 100-октанового авиационного бензина. К 1937 году армия установила октановое число 100 в качестве стандартного топлива для боевых самолетов, и, что еще больше усугубило путаницу, правительство теперь признало 14 различных марок топлива в дополнение к 11 другим в зарубежных странах. Поскольку некоторым компаниям требовалось иметь на складе 14 сортов авиационного топлива, ни один из которых не мог быть взаимозаменяем, эффект для нефтеперерабатывающих заводов был отрицательным. Нефтеперерабатывающая промышленность не могла сконцентрироваться на процессах переработки большого количества различных сортов нефти, и необходимо было найти решение. К 1941 году, главным образом благодаря усилиям Кооперативного комитета по исследованию топлива, количество марок авиационного топлива было сокращено до трех: с октановым числом 73, 91 и 100. [49]
Развитие 100-октанового авиационного бензина в экономическом масштабе произошло отчасти благодаря Джимми Дулитлу , который стал авиационным менеджером Shell Oil Company. Он убедил Shell инвестировать в нефтеперерабатывающие мощности для производства 100-октанового топлива в масштабах, которые никому не нужны, поскольку не существовало самолетов, которым требовалось бы топливо, которое никто не производил. Некоторые коллеги по работе назвали бы его усилия «ошибкой Дулитла на миллион долларов», но время доказало, что Дулиттл был прав. До этого армия рассматривала возможность проведения тестов с октановым числом 100 с использованием чистого октана, но цена при цене 6,6 долларов за литр (25 долларов США за галлон США) не позволяла этого сделать. В 1929 году компания Standard Oil Inc. была организована компаниями Standard Oil в Калифорнии, Индиане и Нью-Джерси для улучшения авиационного топлива и масел и к 1935 году выпустила на рынок свое первое топливо с октановым числом 100 — Stanavo Ethyl Gasoline 100. используется армией, производителями двигателей и авиакомпаниями для испытаний, воздушных гонок и рекордных полетов. [50] К 1936 году испытания на Райт-Филд с использованием новых, более дешевых альтернатив чистому октановому числу доказали ценность топлива с октановым числом 100, и как Shell, так и Standard Oil выиграли контракт на поставку испытательных количеств топлива для армии. К 1938 году цена упала до 0,046 доллара за литр (0,175 доллара США за галлон США), что всего на 0,0066 доллара (0,025 доллара США) больше, чем топливо с октановым числом 87. К концу Второй мировой войны цена снизится до 0,042 доллара за литр (0,16 доллара за галлон США). [51]
В 1937 году Юджин Удри разработал процесс каталитического крекинга Гудри , который позволил получить высокооктановое базовое сырье бензина, которое превосходило продукт термического крекинга, поскольку не содержало высокой концентрации олефинов. [31] В 1940 году в США действовало всего 14 единиц Houdry; к 1943 году это число увеличилось до 77, либо по процессу Гудри, либо по типу катализаторов Thermofor Catalytic или Fluid Catalyst. [52]
Поиск топлива с октановым числом выше 100 привел к расширению шкалы за счет сравнения выходной мощности. Топливо марки 130 будет производить в двигателе на 130 процентов больше мощности, чем если бы он работал на чистом изооктане. Во время Второй мировой войны топливам с октановым числом выше 100 присваивались две оценки: богатая и бедная смесь, и они назывались «показателями производительности» (PN). 100-й авиационный бензин будет называться маркой 130/100. [53]
Нефть и ее побочные продукты, особенно высокооктановый авиационный бензин, оказались серьезной проблемой для того, как Германия вела войну. В результате уроков Первой мировой войны Германия накопила запасы нефти и бензина для своего блицкрига и аннексировала Австрию, добавив к добыче нефти 18 000 баррелей (2900 м 3 ; 100 000 куб. футов) в день, но этого было недостаточно, чтобы поддержать запланированное завоевание Европы. Поскольку захваченные припасы и нефтяные месторождения были необходимы для подпитки кампании, немецкое командование создало специальный отряд из экспертов-нефтяников, набранных из рядов отечественных нефтяных компаний. Их послали тушить пожары на нефтяных месторождениях и как можно скорее возобновить добычу. Но захват нефтяных месторождений оставался препятствием на протяжении всей войны. Во время вторжения в Польшу немецкие оценки потребления бензина оказались слишком заниженными. Хайнц Гудериан и его танковые дивизии потребляли почти 2,4 литра бензина на километр (1 галлон США на милю) по дороге в Вену . Когда они вели бои на открытой местности, расход бензина увеличился почти вдвое. На второй день боя часть XIX корпуса была вынуждена остановиться из-за того, что у нее закончился бензин. [54] Одной из основных целей польского вторжения были нефтяные месторождения, но Советы вторглись и захватили 70 процентов польской добычи, прежде чем немцы смогли добраться до нее. В рамках германо-советского торгового соглашения (1940 г.) Сталин в расплывчатых условиях согласился поставлять Германии дополнительное количество нефти, равное той, которая добывается на ныне оккупированных Советским Союзом польских месторождениях в Дрогобыче и Бориславе, в обмен на каменный уголь и стальные трубы.
Даже после того, как нацисты завоевали огромные территории Европы, нехватке бензина это не помогло. До войны этот регион никогда не был самообеспечен нефтью. В 1938 году на территории, которая впоследствии стала оккупированной нацистами, производилось 575 000 баррелей (91 400 м 3 ; 3 230 000 куб. футов) в день. В 1940 году общий объем производства под контролем Германии составил всего 234 550 баррелей (37 290 м 3 ; 1 316 900 куб. футов). [55] К началу 1941 года, когда запасы немецкого бензина были истощены, Адольф Гитлер рассматривал вторжение в Россию с целью захвата польских нефтяных месторождений и российской нефти на Кавказе как решение проблемы нехватки немецкого бензина. Уже в июле 1941 года, после начала 22 июня операции «Барбаросса» , некоторые эскадрильи Люфтваффе были вынуждены сократить задачи наземной поддержки из-за нехватки авиационного бензина. 9 октября немецкий генерал-интендант подсчитал, что армейским машинам не хватает бензина на 24 000 баррелей (3800 м 3 ; 130 000 куб. футов). [56]
Практически весь авиационный бензин в Германии производился на заводах по производству синтетических масел, которые гидрогенизировали уголь и каменноугольную смолу. Эти процессы были разработаны в 1930-е годы как попытка добиться топливной независимости. В Германии массово производилось два сорта авиационного бензина: В-4, или синий сорт, и С-3, или зеленый сорт, на долю которых приходилось около двух третей всего производства. B-4 был эквивалентен октановому числу 89, а C-3 был примерно равен октановому числу 100 в США, хотя бедная смесь имела октановое число около 95 и была хуже, чем версия для США. Максимальная производительность, достигнутая в 1943 году, достигла 52 200 баррелей (8 300 м 3 ; 293 000 куб. футов) в день, прежде чем союзники решили нацелиться на заводы по производству синтетического топлива. Благодаря захваченным вражеским самолетам и анализу обнаруженного в них бензина как союзники, так и державы Оси знали о качестве производимого авиационного бензина, и это побудило гонку октанового числа для достижения преимущества в характеристиках самолетов. Позже во время войны класс C-3 был улучшен до уровня, эквивалентного классу США 150 (рейтинг богатой смеси). [57]
Япония, как и Германия, почти не имела внутренних запасов нефти и к концу 1930-х годов производила только семь процентов собственной нефти, импортируя остальную часть – 80 процентов – из США. По мере роста японской агрессии в Китае ( инцидент с авианосцем «Панай» ) и до американской общественности дошли новости о японских бомбардировках гражданских центров, особенно о бомбардировке Чунцина, общественное мнение начало поддерживать эмбарго США. Опрос Gallup, проведенный в июне 1939 года, показал, что 72 процента американской общественности поддерживают эмбарго на поставку военных материалов в Японию. Это усилило напряженность между США и Японией и привело к тому, что США ввели ограничения на экспорт. В июле 1940 года США издали указ, запрещавший экспорт авиационного бензина с октановым числом 87 и выше в Японию. Этот запрет не помешал японцам, поскольку их самолеты могли работать на топливе с октановым числом ниже 87, а при необходимости они могли добавить TEL для повышения октанового числа. Как выяснилось, Япония закупила на 550 процентов больше авиационного бензина с октановым числом ниже 87 за пять месяцев после запрета в июле 1940 года на продажу бензина с более высоким октановым числом. [58] Возможность полного запрета бензина из Америки вызвала разногласия в японском правительстве относительно того, какие действия предпринять, чтобы обеспечить больше поставок из Голландской Ост-Индии, и потребовала увеличения экспорта нефти от изгнанного голландского правительства после битвы за Нидерланды. . Это действие побудило США переместить свой Тихоокеанский флот из Южной Калифорнии в Перл-Харбор, чтобы укрепить решимость Великобритании оставаться в Индокитае. После японского вторжения во Французский Индокитай в сентябре 1940 года возникли большие опасения по поводу возможного вторжения Японии в Голландскую Индию с целью обезопасить свою нефть. После того, как США запретили весь экспорт стального и железного лома, на следующий день Япония подписала Трехсторонний пакт , и это заставило Вашингтон опасаться, что полное нефтяное эмбарго США побудит японцев вторгнуться в Голландскую Ост-Индию. 16 июня 1941 года Гарольд Икес, назначенный координатором по нефти национальной обороны, остановил поставку нефти из Филадельфии в Японию из-за нехватки нефти на восточном побережье из-за увеличения экспорта союзникам. Он также телеграммировал всем поставщикам нефти на восточном побережье, чтобы они не отправляли нефть в Японию без его разрешения. Президент Рузвельт отменил приказ Икеса, заявив Икесу, что «у меня просто недостаточно военно-морского флота, чтобы действовать, и каждый небольшой эпизод в Тихом океане означает меньше кораблей в Атлантике». [59] 25 июля 1941 года США заморозили все японские финансовые активы, и для каждого использования замороженных средств требовались лицензии, включая закупки нефти, которая могла бы производить авиационный бензин. 28 июля 1941 года Япония вторглась в Южный Индокитай.
Дебаты внутри японского правительства по поводу ситуации с нефтью и бензином привели к вторжению в Голландскую Ост-Индию, но это означало бы войну с США, чей Тихоокеанский флот представлял угрозу для их фланга. Эта ситуация привела к решению атаковать флот США в Перл-Харборе, прежде чем приступить к вторжению в Голландскую Ост-Индию. 7 декабря 1941 года Япония напала на Перл-Харбор, а на следующий день Нидерланды объявили войну Японии, что положило начало голландской Ост-Индской кампании . Но японцы упустили прекрасную возможность в Перл-Харборе. «Во времена Перл-Харбора вся нефть для флота находилась в надводных резервуарах», — сказал позже адмирал Честер Нимиц, ставший главнокомандующим Тихоокеанским флотом. «Нас было около 4+1/2 миллиона баррелей [ 0,72 × 10 6 м 3 ; Там было 25 × 10 6 куб. футов нефти, и вся она была уязвима для пуль калибра 0,50. Если бы японцы уничтожили нефть, — добавил он, — это продлило бы войну еще на два года» .
В начале 1944 года Уильям Бойд, президент Американского института нефти и председатель Военного совета нефтяной промышленности, сказал: «Союзники, возможно, и плыли к победе на волне нефти в Первой мировой войне, но в этой бесконечно более великой Второй мировой войне, мы летим к победе на крыльях нефти». В декабре 1941 года в США было 385 000 нефтяных скважин, производящих 1,6 миллиарда баррелей (0,25 × 10 9 м 3 ; 9,0 × 10 9 куб футов) баррелей нефти в год, а мощность 100-октанового авиационного бензина составляла 40 000 баррелей (6 400 м 3 ; 220 000). куб футов) в день. К 1944 году США производили более 1,5 миллиарда баррелей (0,24 × 10 9 м 3 ; 8,4 × 10 9 куб футов) в год (67 процентов мирового производства), а нефтяная промышленность построила 122 новых завода по производству 100 кубических футов нефти. октановое число авиационного бензина и мощность составляли более 400 000 баррелей (64 000 м 3 ; 2 200 000 куб. футов) в сутки – рост более чем в десять раз. Было подсчитано, что США производят достаточно авиационного бензина с октановым числом 100, чтобы позволить сбрасывать на врага 16 000 метрических тонн (18 000 коротких тонн; 16 000 длинных тонн) бомб на врага каждый день в году. Учет потребления бензина в армии до июня 1943 года был нескоординированным, поскольку каждая служба снабжения армии закупала собственные нефтепродукты, а централизованной системы контроля и учета не существовало. 1 июня 1943 года армия создала Подразделение горючего и смазочных материалов квартирмейстерского корпуса, и, исходя из их записей, они подсчитали, что армия (исключая горюче-смазочные материалы для самолетов) закупила более 9,1 миллиарда литров (2,4 × 10 9 галлонов США). бензина для доставки на зарубежные театры военных действий в период с 1 июня 1943 года по август 1945 года. В эту цифру не входит бензин, использованный армией внутри США. [61] Производство моторного топлива сократилось с 701 миллиона баррелей (111,5 × 10 6 м 3 ; 3940 × 10 6 куб футов) в 1941 году до 208 миллионов баррелей (33,1 × 10 6 м 3 ; 1170 × 10 6 куб футов) в 1943 году. [62]Вторая мировая война стала первым случаем в истории США, когда бензин был нормирован, а правительство ввело контроль над ценами, чтобы предотвратить инфляцию. Потребление бензина на один автомобиль снизилось с 2860 литров (755 галлонов США) в год в 1941 году до 2000 литров (540 галлонов США) в 1943 году с целью сохранить резину для шин, поскольку японцы отрезали США от более чем 90 процентов бензина. поставки каучука из Голландской Ост-Индии и производства синтетического каучука в США находились в зачаточном состоянии. Средние цены на бензин поднялись с рекордно низкого уровня в 0,0337 доллара за литр (0,1275 доллара США за галлон США) (0,0486 доллара США (0,1841 доллара США) с налогами) в 1940 году до 0,0383 доллара США за литр (0,1448 доллара США за галлон США) (0,0542 доллара США (0,2050 доллара США) с налогами) в 1945 году . 63]
Даже несмотря на крупнейшее в мире производство авиационного бензина, американские военные все же обнаружили, что необходимо больше. На протяжении всей войны поставки авиационного бензина всегда отставали от потребностей, и это влияло на подготовку и операции. Причина этого дефицита возникла еще до начала войны. Свободный рынок не поддерживал затраты на производство 100-октанового авиационного топлива в больших объемах, особенно во время Великой депрессии. Изооктан на ранней стадии разработки стоил 7,9 доллара за литр (30 долларов США за галлон США), и даже к 1934 году он все еще составлял 0,53 доллара за литр (2 доллара США за галлон США) по сравнению с 0,048 доллара США за литр (0,18 доллара США), когда армия решила, что поэкспериментировать со 100-м октаном для своих боевых самолетов. Хотя только три процента боевых самолетов США в 1935 году могли в полной мере использовать преимущества более высокого октанового числа из-за низкой степени сжатия, армия увидела, что необходимость повышения характеристик оправдывает затраты, и закупила 100 000 галлонов. К 1937 году армия установила октановое число 100 в качестве стандартного топлива для боевых самолетов, а к 1939 году производство составило всего 20 000 баррелей (3 200 м 3 ; 110 000 куб. футов) в день. Фактически, вооруженные силы США были единственным рынком для 100-го авиационного бензина, и когда в Европе разразилась война, это создало проблему поставок, которая сохранялась на протяжении всего периода. [64] [65]
Поскольку в 1939 году война в Европе стала реальностью, все прогнозы потребления 100-октана превысили все возможные производства. Ни армия, ни флот не могли заключить контракт на поставку топлива более чем на шесть месяцев вперед и не могли предоставить средства на расширение завода. Без долгосрочного гарантированного рынка нефтяная промышленность не стала бы рисковать своим капиталом ради расширения производства продукта, который будет покупать только правительство. Решением проблемы расширения хранения, транспортировки, финансов и производства стало создание 19 сентября 1940 года Корпорации оборонного снабжения. Корпорация оборонного снабжения будет закупать, транспортировать и хранить весь авиационный бензин для армии и флота по себестоимости плюс транспортный бензин. платеж. [66]
Когда союзники после дня «Д» обнаружили, что их армии растягивают свои линии снабжения до опасной точки, временным решением стал «Красный шар-экспресс» . Но даже этого вскоре оказалось недостаточно. Грузовикам в колоннах приходилось преодолевать большие расстояния по мере продвижения армий, и они потребляли больший процент того же бензина, который пытались доставить. В 1944 году Третья армия генерала Джорджа Паттона наконец остановилась недалеко от немецкой границы из-за того, что у нее закончился бензин. Генерал был настолько расстроен прибытием грузовика с пайками вместо бензина, что, как сообщается, крикнул: «Черт возьми, они присылают нам еду, хотя они знают, что мы можем сражаться без еды, но не без нефти». [67] Решение пришлось ждать ремонта железнодорожных путей и мостов, чтобы более эффективные поезда могли заменить автопоезда, потребляющие бензин.
Разработка реактивных двигателей, сжигающих керосиновое топливо для самолетов во время Второй мировой войны, позволила создать двигательную установку с более высокими характеристиками, чем могли предложить двигатели внутреннего сгорания, и вооруженные силы США постепенно заменили свои поршневые боевые самолеты самолетами с реактивными двигателями. Это развитие, по сути, устранило бы военную потребность в постоянно растущем топливе с октановым числом и устранило бы государственную поддержку нефтеперерабатывающей промышленности в проведении исследований и производства такого экзотического и дорогого топлива. Коммерческая авиация медленнее адаптировалась к реактивному двигателю, и до 1958 года, когда Боинг 707 впервые поступил в коммерческую эксплуатацию, авиалайнеры с поршневыми двигателями все еще использовали авиационный бензин. Но у коммерческой авиации были более серьезные экономические проблемы, чем максимальная производительность, которую могли себе позволить военные. По мере увеличения октанового числа росла и стоимость бензина, но постепенное увеличение эффективности становится меньше по мере увеличения степени сжатия. Эта реальность установила практический предел тому, насколько высокая степень сжатия может увеличиться по сравнению с тем, насколько дорогим станет бензин. [68] Последний раз выпущенный в 1955 году, Pratt & Whitney R-4360 Wasp Major использовал авиационный бензин 115/145 и производил 0,046 киловатта на кубический сантиметр (1 л.с./куб. дюйм) при степени сжатия 6,7 (турбонаддув увеличил бы это значение). и 0,45 кг (1 фунт) веса двигателя для производства 0,82 киловатта (1,1 л.с.). Это сравнимо с двигателем братьев Райт, которому требуется почти 7,7 кг (17 фунтов) веса двигателя для выработки 0,75 киловатта (1 л.с.).
Автомобильная промышленность США после Второй мировой войны не могла использовать преимущества доступного тогда высокооктанового топлива. Степень сжатия автомобилей увеличилась в среднем с 5,3 к 1 в 1931 году до всего лишь 6,7 к 1 в 1946 году. Среднее октановое число обычного автомобильного бензина за то же время увеличилось с 58 до 70. Военные самолеты использовали дорогие двигатели с турбонаддувом, стоимость одной лошадиной силы которых была как минимум в 10 раз выше, чем у автомобильных двигателей, и их приходилось ремонтировать каждые 700–1000 часов. Автомобильный рынок не мог поддерживать столь дорогие двигатели. [69] Лишь в 1957 году первый американский производитель автомобилей смог начать массовое производство двигателя, производившего одну лошадиную силу на кубический дюйм, вариант двигателя Chevrolet V-8 мощностью 283 л.с./283 кубических дюйма для Corvette. При цене 485 долларов это был дорогой вариант, который могли себе позволить лишь немногие потребители, и он привлекал только потребительский рынок, ориентированный на производительность, готовый платить за необходимое топливо премиум-класса. [70] Заявленная степень сжатия этого двигателя составляла 10,5:1, а в спецификациях AMA 1958 года говорилось, что октановое число должно составлять 96–100 RON. [71] При массе двигателя 243 кг (535 фунтов) (1959 г. с алюминиевым впускным коллектором) потребовалось 0,86 кг (1,9 фунта) веса двигателя, чтобы получить 0,75 киловатта (1 л.с.). [72]
В 1950-х годах нефтеперерабатывающие заводы начали ориентироваться на высокооктановое топливо, а затем в бензин стали добавлять моющие средства для очистки форсунок карбюраторов. В 1970-е годы возросло внимание к экологическим последствиям сжигания бензина. Эти соображения привели к постепенному отказу от TEL и замене его другими антидетонационными составами. Впоследствии был введен бензин с низким содержанием серы, отчасти для сохранения катализаторов в современных выхлопных системах. [73]
Товарный газ представляет собой смесь большого количества различных углеводородов. [74] Химический бензин производится с учетом множества технических характеристик двигателя, и возможны различные составы. Следовательно, точный химический состав бензина не определен. Технические характеристики также меняются в зависимости от сезона: зимой для запуска холодного двигателя требуются более летучие смеси (из-за добавления бутана). На нефтеперерабатывающем заводе состав варьируется в зависимости от сырой нефти, из которой она производится, типа технологических установок, имеющихся на нефтеперерабатывающем заводе, способа эксплуатации этих установок и того, какие потоки углеводородов (смеси) нефтеперерабатывающий завод предпочитает использовать при смешивании конечного продукта. продукт. [75]
Бензин производится на нефтеперерабатывающих заводах . Примерно 72 литра (19 галлонов США) бензина получают из 160-литрового (42 галлона США) барреля сырой нефти . [76] Материал, отделенный от сырой нефти путем перегонки , называемый первичным или прямогонным бензином, не соответствует спецификациям для современных двигателей (особенно по октановому числу ; см. ниже), но может быть добавлен в бензиновую смесь.
Основная часть типичного бензина состоит из гомогенной смеси небольших, относительно легких углеводородов , содержащих от 4 до 12 атомов углерода на молекулу (обычно называемых C4–C12). [73] Это смесь парафинов ( алканов ), олефинов ( алкенов ) и нафтенов ( циклоалканов ). Использование термина «парафин» вместо стандартного химического термина «алкан» характерно для нефтяной промышленности. Фактическое соотношение молекул в любом бензине зависит от:
Различные потоки нефтеперерабатывающего завода, смешиваемые для производства бензина, имеют разные характеристики. Некоторые важные потоки включают в себя следующее:
Вышеуказанные термины представляют собой жаргон, используемый в нефтяной промышленности, и терминология варьируется.
В настоящее время во многих странах установлены ограничения на содержание ароматических веществ в бензине в целом, бензола в частности и олефинов (алкенов). Такие правила привели к увеличению предпочтения изомеров алканов, таких как изомераты или алкилаты, поскольку их октановое число выше, чем у н-алканов. В Европейском Союзе предел содержания бензола установлен на уровне одного процента по объему для всех марок автомобильного бензина. Обычно этого достигают, избегая подачи C6, в частности циклогексана , в установку риформинга, где он будет превращаться в бензол. Поэтому в установку риформинга подается только (обессеренная) тяжелая первичная нафта (HVN) [75].
Бензин также может содержать другие органические соединения , такие как органические эфиры (добавленные намеренно), а также небольшие количества примесей, в частности сероорганических соединений (которые обычно удаляются на нефтеперерабатывающем заводе).
Удельный вес бензина колеблется от 0,71 до 0,77 [77] , причем более высокие плотности имеют большую объемную долю ароматических соединений. [78] Готовый товарный бензин продается (в Европе) со стандартной ценой 0,755 килограмма на литр (6,30 фунта/галлон США), а его цена увеличивается или снижается в зависимости от его фактической плотности. [ необходимо разъяснение ] Из-за своей низкой плотности бензин плавает на воде, и поэтому воду обычно нельзя использовать для тушения пожара бензина, если только она не применяется в виде мелкого тумана.
Качественный бензин должен оставаться стабильным в течение шести месяцев при правильном хранении, но со временем он может ухудшаться. Бензин, хранящийся в течение года, скорее всего, можно будет без особых проблем сжечь в двигателе внутреннего сгорания. Однако последствия длительного хранения будут становиться все более заметными с каждым месяцем, пока не придет время, когда бензин придется разбавлять все большим количеством свежеприготовленного топлива, чтобы старый бензин можно было израсходовать. Если оставить его неразбавленным, произойдет неправильная работа, включая повреждение двигателя из-за пропусков зажигания или недостаточного действия топлива в системе впрыска топлива, а также из-за попыток бортового компьютера компенсировать это (если применимо к автомобилю). В идеале бензин следует хранить в герметичном контейнере (чтобы предотвратить окисление или смешивание водяного пара с газом), который может выдерживать давление паров бензина без вентиляции (чтобы предотвратить потерю более летучих фракций) при стабильной прохладной температуре ( чтобы уменьшить избыточное давление из-за расширения жидкости и снизить скорость любых реакций разложения). При неправильном хранении бензина могут образовываться смолы и твердые частицы, которые могут разъедать компоненты системы и накапливаться на влажных поверхностях, что приводит к состоянию, называемому «несвежее топливо». Бензин, содержащий этанол, особенно подвержен поглощению атмосферной влаги с образованием смол, твердых веществ или двух фаз (углеводородная фаза плавает поверх водно-спиртовой фазы).
Присутствие этих продуктов разложения в топливном баке или топливопроводах, а также в карбюраторе или компонентах системы впрыска топлива затрудняет запуск двигателя или приводит к снижению его производительности. При возобновлении регулярной эксплуатации двигателя отложения могут быть удалены, а могут и не удалены потоком свежего бензина. Добавление стабилизатора топлива в бензин может продлить срок службы топлива, которое не хранится или не может храниться должным образом, хотя удаление всего топлива из топливной системы является единственным реальным решением проблемы длительного хранения двигателя или машина или транспортное средство. Типичные стабилизаторы топлива представляют собой запатентованные смеси, содержащие уайт-спирит , изопропиловый спирт , 1,2,4-триметилбензол или другие добавки . Стабилизаторы топлива обычно используются для небольших двигателей, таких как двигатели газонокосилок и тракторов, особенно когда их использование носит спорадический или сезонный характер (практически или вообще не используется в течение одного или нескольких сезонов года). Пользователям рекомендуется держать канистры с бензином заполненными более чем наполовину и правильно закрытыми, чтобы уменьшить воздействие воздуха, избегать хранения при высоких температурах, дать двигателю поработать в течение десяти минут, чтобы обеспечить циркуляцию стабилизатора через все компоненты перед хранением, а также запустить двигатель. Периодически удаляйте залежавшееся топливо из карбюратора. [73]
Требования к стабильности бензина установлены стандартом ASTM D4814. В этом стандарте описаны различные характеристики и требования к автомобильным топливам для использования в широком диапазоне условий эксплуатации наземных транспортных средств, оснащенных двигателями с искровым зажиганием.
Двигатель внутреннего сгорания, работающий на бензине, получает энергию от сгорания различных углеводородов бензина с кислородом из окружающего воздуха, образуя углекислый газ и воду в качестве выхлопных газов. При горении октана , типичного вида, происходит химическая реакция:
По весу при сгорании бензина выделяется около 46,7 мегаджоулей на килограмм (13,0 кВтч /кг; 21,2 МДж/ фунт ) или по объему 33,6 мегаджоулей на литр (9,3 кВтч/л; 127 МДж/галлон США; 121 000 БТЕ/галлон США). нижняя теплотворная способность . [79] Бензиновые смеси различаются, поэтому фактическое энергосодержание варьируется в зависимости от сезона и производителя на 1,75 процента больше или меньше среднего. [80] В среднем из барреля сырой нефти можно получить около 74 литров (20 галлонов США) бензина (около 46 процентов по объему), что зависит от качества сырой нефти и сорта бензина. Остальное — это продукты от гудрона до нафты . [81]
Топливо с высоким октановым числом, такое как сжиженный нефтяной газ (СНГ), имеет в целом более низкую выходную мощность при типичной степени сжатия 10: 1 конструкции двигателя, оптимизированной для бензинового топлива. Двигатель , настроенный на сжиженный нефтяной газ за счет более высокой степени сжатия (обычно 12:1), повышает выходную мощность. Это связано с тем, что топливо с более высоким октановым числом обеспечивает более высокую степень сжатия без детонации, что приводит к более высокой температуре цилиндра, что повышает эффективность . Кроме того, повышенный механический КПД достигается за счет более высокой степени сжатия за счет сопутствующей более высокой степени расширения при рабочем такте, что дает гораздо больший эффект. Более высокая степень расширения извлекает больше работы из газа под высоким давлением, создаваемого в процессе сгорания. Двигатель с циклом Аткинсона использует синхронизацию событий клапана для получения преимуществ высокой степени расширения без недостатков, главным образом детонации, высокой степени сжатия. Высокая степень расширения также является одной из двух ключевых причин эффективности дизельных двигателей , наряду с устранением насосных потерь из-за дросселирования потока всасываемого воздуха.
Более низкое энергосодержание сжиженного нефтяного газа по объему жидкости по сравнению с бензином обусловлено главным образом его более низкой плотностью. Эта более низкая плотность является свойством более низкой молекулярной массы пропана (основного компонента сжиженного нефтяного газа) по сравнению со смесью бензина различных углеводородных соединений с более тяжелыми молекулярными массами, чем у пропана . И наоборот, энергосодержание сжиженного нефтяного газа по весу выше, чем у бензина, из-за более высокого соотношения водорода и углерода .
Молекулярные массы частиц при типичном октановом сгорании составляют 114, 32, 44 и 18 для C 8 H 18 , O 2 , CO 2 и H 2 O соответственно; следовательно, один килограмм (2,2 фунта) топлива реагирует с 3,51 кг (7,7 фунта) кислорода с образованием 3,09 кг (6,8 фунта) углекислого газа и 1,42 кг (3,1 фунта) воды.
Двигатели с искровым зажиганием предназначены для сжигания бензина в контролируемом процессе, называемом дефлаграцией . Однако несгоревшая смесь может самовоспламениться только под действием давления и тепла, а не воспламениться от свечи зажигания в нужный момент, что приведет к быстрому повышению давления, которое может привести к повреждению двигателя. Это часто называют детонацией двигателя или детонацией отработавших газов. Уменьшить детонацию можно за счет повышения устойчивости бензина к самовоспламенению , что выражается его октановым числом.
Октановое число измеряется относительно смеси 2,2,4-триметилпентана ( изомер октана ) и н - гептана . Существуют разные правила выражения октановых чисел, поэтому одно и то же физическое топливо может иметь несколько разных октановых чисел в зависимости от используемой меры. Одним из наиболее известных является октановое число по исследовательскому методу (RON).
Октановое число типичного коммерчески доступного бензина варьируется в зависимости от страны. В Финляндии , Швеции и Норвегии стандартом для обычного неэтилированного бензина является октановое число 95, а в качестве более дорогого варианта также доступен бензин с октановым числом 98.
В Соединенном Королевстве более 95 процентов продаваемого бензина имеет октановое число 95 и продается как неэтилированный или неэтилированный премиум-класса. Баланс составляют Super Unleaded с октановым числом 97/98 и фирменные высокопроизводительные топлива (например, Shell V-Power, BP Ultimate) с октановым числом 99. Бензин с октановым числом 102 редко может быть доступен для гоночных целей. [82] [83] [84]
В США октановые числа неэтилированного топлива варьируются от 85 [85] до 87 AKI (91–92 RON) для обычного топлива, 89–90 AKI (94–95 RON) для топлива среднего класса (эквивалентного европейскому обычному топливу) до 90–94 AKI (95–99 RON) за премиум (европейский премиум).
Поскольку крупнейший город Южной Африки, Йоханнесбург , расположен на Хайвелде на высоте 1753 метра (5751 фут) над уровнем моря, Автомобильная ассоциация Южной Африки рекомендует использовать бензин с октановым числом 95 на малой высоте и бензин с октановым числом 93 для использования в Йоханнесбурге, потому что «чем выше Чем выше высота, тем ниже давление воздуха и тем меньше потребность в высокооктановом топливе, поскольку реального прироста производительности нет». [86]
Октановое число стало важным, поскольку в конце 1920-х и 1940-х годах военные стремились повысить мощность авиационных двигателей . Более высокое октановое число обеспечивает более высокую степень сжатия или наддув нагнетателя и, следовательно, более высокие температуры и давления, что приводит к более высокой выходной мощности. Некоторые учёные [ кто? ] даже предсказал, что страна с хорошими запасами высокооктанового бензина будет иметь преимущество в авиации. В 1943 году авиационный двигатель Rolls-Royce Merlin производил 980 киловатт (1320 л.с.) на топливе с октановым числом 100 при скромном рабочем объеме 27 литров (1600 куб. Дюймов). Ко времени операции «Оверлорд» и ВВС Великобритании, и ВВС США проводили некоторые операции в Европе с использованием топлива с октановым числом 150 (100/150 бензина ), полученного путем добавления 2,5 процентов анилина к бензину с октановым числом 100. [87] К этому времени Rolls-Royce Merlin 66 развивал мощность 1500 киловатт (2000 л.с.) на этом топливе.
Бензин при использовании в двигателях внутреннего сгорания с высокой степенью сжатия имеет тенденцию к самовоспламенению или «детонации», вызывая детонацию двигателя (также называемую «звоном» или «розовением»). Для решения этой проблемы в 1920-х годах в качестве добавки к бензину широко использовался тетраэтилсвинец (ТЭС). Однако с растущим осознанием серьезности масштабов ущерба окружающей среде и здоровью, наносимого соединениями свинца, а также несовместимости свинца с каталитическими нейтрализаторами правительства начали требовать сокращения содержания свинца в бензине.
В США Агентство по охране окружающей среды издало постановления по снижению содержания свинца в этилированном бензине в течение ряда ежегодных этапов, которые планировалось начать в 1973 году, но отложили из-за судебных апелляций до 1976 года. К 1995 году этилированный бензин составлял лишь 0,6 процента от общего объема топлива. продажи бензина и менее 1800 метрических тонн (2000 коротких тонн; 1800 длинных тонн) свинца в год. С 1 января 1996 года Закон США о чистом воздухе запретил продажу этилированного топлива для использования в дорожных транспортных средствах в США. Использование TEL также потребовало других добавок, таких как дибромэтан .
Европейские страны начали заменять свинцовосодержащие присадки к концу 1980-х годов, а к концу 1990-х годов этилированный бензин был запрещен на территории всего Евросоюза. ОАЭ начали переходить на неэтилированный бензин в начале 2000-х годов. [88]
Снижение среднего содержания свинца в крови человека может быть основной причиной снижения уровня насильственных преступлений во всем мире [89], включая Южную Африку. [90] Исследование выявило корреляцию между использованием этилированного бензина и насильственными преступлениями (см. Гипотезу о свинцовой преступности ). [91] [92] Другие исследования не обнаружили корреляции.
В августе 2021 года Программа ООН по окружающей среде объявила, что этилированный бензин ликвидирован во всем мире, при этом Алжир стал последней страной, которая истощила свои запасы. Генеральный секретарь ООН Антониу Гутерриш назвал искоренение этилированного бензина «историей международного успеха». Он также добавил: «Отказ от использования этилированного бензина предотвратит более миллиона преждевременных смертей каждый год от болезней сердца, инсультов и рака, а также защитит детей, чей IQ поврежден из-за воздействия свинца». Гринпис назвал это заявление «концом одной токсичной эпохи». [93] Однако этилированный бензин продолжает использоваться в авиации, автогонках и внедорожной технике. [94] Использование этилированных присадок по-прежнему разрешено во всем мире для рецептуры некоторых марок авиационного бензина, таких как 100LL , поскольку требуемое октановое число трудно достичь без использования этилированных присадок.
На смену соединениям свинца пришли различные добавки. Наиболее популярные добавки включают ароматические углеводороды , эфиры ( МТБЭ и ЭТБЭ ) и спирты , чаще всего этанол .
Бензин, заменяющий свинец (LRP), был разработан для транспортных средств, предназначенных для работы на этилированном топливе и несовместимых с неэтилированным топливом. Вместо тетраэтилсвинца он содержит другие металлы, такие как соединения калия или метилциклопентадиенилтрикарбонил марганца (ММТ); они предназначены для буферизации мягких выпускных клапанов и седел, чтобы они не подвергались рецессии из-за использования неэтилированного топлива.
LRP продавался во время и после прекращения использования этилированного моторного топлива в Великобритании, Австралии , Южной Африке и некоторых других странах. [ расплывчато ] Замешательство потребителей привело к широко распространенному ошибочному предпочтению LRP, а не неэтилированного спирта, [95] и LRP был прекращен через 8–10 лет после появления неэтилированного спирта. [96]
Этилированный бензин был изъят из продажи в Великобритании после 31 декабря 1999 года, через семь лет после того, как правила ЕЭС просигнализировали о прекращении производства автомобилей, использующих этилированный бензин, в государствах-членах. На этом этапе большой процент автомобилей 1980-х и начала 1990-х годов, работавших на этилированном бензине, все еще использовался, а также автомобилей, которые могли работать на неэтилированном топливе. Однако сокращение количества таких автомобилей на британских дорогах привело к тому, что к 2003 году многие заправочные станции сняли LRP с продажи. [97]
Метилциклопентадиенилтрикарбонил марганца (ММТ) используется в Канаде и США для повышения октанового числа. [98] Его использование в США ограничено правилами, хотя в настоящее время разрешено. [99] Его использование в Европейском Союзе ограничено статьей 8a Директивы о качестве топлива [100] после его испытаний в соответствии с Протоколом по оценке воздействия металлических присадок к топливу на показатели выбросов транспортных средств. [101]
Липкие, липкие отложения смолы возникают в результате окислительной деградации бензина при длительном хранении. Эти вредные отложения возникают в результате окисления алкенов и других второстепенных компонентов бензина (см. олифы ). Совершенствование технологий нефтепереработки в целом снизило подверженность бензинов этим проблемам. Раньше бензины каталитического или термического крекинга были наиболее подвержены окислению. Образование смол ускоряют соли меди, которые можно нейтрализовать добавками, называемыми дезактиваторами металлов .
Эту деградацию можно предотвратить путем добавления 5–100 ppm антиоксидантов , таких как фенилендиамины и другие амины . [73] Углеводороды с бромным числом 10 или выше можно защитить с помощью комбинации беспрепятственных или частично затрудненных фенолов и маслорастворимых сильных аминных оснований, таких как затрудненные фенолы. «Несвежий» бензин можно обнаружить с помощью колориметрического ферментативного теста на органические пероксиды , образующиеся в результате окисления бензина. [102]
Бензины также обрабатывают дезактиваторами металлов , которые представляют собой соединения, которые изолируют (дезактивируют) соли металлов, которые в противном случае ускоряют образование смолистых остатков. Металлические примеси могут возникать в самом двигателе или в виде загрязняющих веществ в топливе.
Бензин, подаваемый на насос, также содержит присадки, которые уменьшают накопление углерода внутри двигателя, улучшают сгорание и облегчают запуск в холодном климате. Высокий уровень моющих средств можно найти в бензинах для моющих средств высшего уровня . Спецификация бензинов с моющими свойствами высшего уровня была разработана четырьмя автопроизводителями: GM , Honda , Toyota и BMW . Согласно бюллетеню, минимальных требований Агентства по охране окружающей среды США недостаточно для поддержания чистоты двигателей. [103] Типичные моющие средства включают алкиламины и алкилфосфаты в концентрации 50–100 частей на миллион. [73]
В ЕС допускается добавление 5 процентов этанола в рамках общей спецификации бензина (EN 228). Продолжаются дискуссии о разрешении 10-процентного смешивания этанола (доступно на автозаправочных станциях в Финляндии, Франции и Германии). В Финляндии большинство автозаправочных станций продают 95E10, который содержит 10 процентов этанола, и 98E5, который содержит 5 процентов этанола. В большую часть бензина, продаваемого в Швеции, добавлено 5–15 процентов этанола. В Нидерландах продаются три разные смеси этанола — E5, E10 и hE15. Последний из них отличается от стандартных смесей этанол-бензин тем, что он состоит из 15 процентов водного этанола (т.е. азеотропа этанол-вода ) вместо безводного этанола, традиционно используемого для смешивания с бензином.
Бразильское национальное агентство нефти, природного газа и биотоплива (ANP) требует, чтобы в состав автомобильного бензина добавлялось 27,5 процентов этанола. [104] Чистый гидратированный этанол также доступен в качестве топлива.
Законодательство требует, чтобы розничные торговцы маркировали топливо, содержащее этанол, на колонках, а также ограничивает использование этанола до 10 процентов от бензина в Австралии. Крупные бренды обычно называют такой бензин E10 , и он дешевле обычного неэтилированного бензина.
Федеральный стандарт на возобновляемое топливо (RFS) фактически требует от нефтеперерабатывающих предприятий и производителей смеси смешивать возобновляемое биотопливо (в основном этанол) с бензином, достаточное для достижения растущей годовой цели по общему количеству смешиваемых галлонов. Хотя мандат не требует определенного процента этанола, ежегодное увеличение целевого показателя в сочетании со снижением потребления бензина привело к тому, что типичное содержание этанола в бензине приблизилось к 10 процентам. На большинстве топливных насосов имеется наклейка, на которой указано, что топливо может содержать до 10 процентов этанола. Это преднамеренное несоответствие, отражающее различное фактическое процентное содержание. До конца 2010 года розничным торговцам топливом было разрешено продавать только топливо, содержащее до 10 процентов этанола (E10), а большинство гарантий на транспортные средства (за исключением транспортных средств с гибким топливом) разрешали использование топлива, содержащего не более 10 процентов этанола. [ нужна цитата ] В некоторых частях США этанол иногда добавляют в бензин без указания того, что он является его компонентом.
В октябре 2007 года правительство Индии решило сделать обязательным смешивание пятипроцентного этанола (с бензином). В настоящее время продукт, содержащий 10 процентов этанола (Е10), продается в различных частях страны. [105] [106] По крайней мере в одном исследовании было обнаружено, что этанол повреждает каталитические нейтрализаторы. [107]
Хотя бензин по своей природе является бесцветной жидкостью, многие бензины окрашивают в различные цвета, чтобы указать на их состав и допустимое использование. В Австралии самый низкий сорт бензина (ИО 91) был окрашен в светлый оттенок красного/оранжевого цвета, но теперь имеет тот же цвет, что и средний сорт (ИО 95) и высокооктановый бензин (ИО 98), которые окрашены в желтый цвет. [108] В США авиационный бензин ( avgas ) окрашивают, чтобы определить его октановое число и отличить его от реактивного топлива на основе керосина, которое остается бесцветным. [109] В Канаде бензин для морского и сельскохозяйственного использования окрашен в красный цвет и в большинстве провинций не облагается акцизным налогом на топливо. [110]
При смешивании оксигената добавляются кислородсодержащие соединения, такие как МТБЭ , ЭТБЭ , ТАМЕ , ТАЭЭ , этанол и биобутанол . Присутствие этих оксигенатов снижает количество угарного газа и несгоревшего топлива в выхлопных газах. Во многих регионах США смешивание кислородсодержащих веществ требуется правилами EPA для уменьшения смога и других загрязнителей воздуха. Например, в Южной Калифорнии топливо должно содержать два процента кислорода по весу, в результате чего в бензине получается смесь 5,6 процента этанола. Полученное топливо часто называют реформулированным бензином (RFG) или кислородсодержащим бензином, или, в случае Калифорнии, калифорнийским реформулированным бензином. Федеральное требование о том, чтобы RFG содержал кислород, было отменено 6 мая 2006 года, поскольку промышленность разработала RFG с контролем ЛОС , который не требует дополнительного кислорода. [111]
МТБЭ был прекращен в США из-за загрязнения грунтовых вод и связанных с этим правил и судебных исков. Распространенными заменителями являются этанол и, в меньшей степени, ЭТБЭ, полученный из этанола. Обычная смесь этанола и бензина, состоящая из 10 процентов этанола, смешанного с бензином, называется бензохолом или E10, а смесь этанола и бензина, состоящая из 85 процентов этанола, смешанного с бензином, называется E85 . Наиболее широкое использование этанола происходит в Бразилии , где этанол получают из сахарного тростника . В 2004 году в США было произведено более 13 миллиардов литров (3,4 × 10 9 галлонов США) этанола для использования в качестве топлива, в основном из кукурузы и продано как E10. E85 постепенно становится доступным на большей части территории США, хотя многие из относительно немногих станций, продающих E85, закрыты для широкой публики. [112]
Использование биоэтанола и биометанола, прямо или косвенно путем преобразования этанола в био-ЭТБЭ или метанола в био-МТБЭ, поощряется Директивой Европейского Союза о содействии использованию биотоплива и других возобновляемых видов топлива на транспорте . Однако, поскольку производство биоэтанола из сброженных сахаров и крахмалов предполагает дистилляцию , обычные люди в большей части Европы в настоящее время не могут легально ферментировать и перегонять собственный биоэтанол (в отличие от США, где получить разрешение BATF на перегонку стало легко после нефтяного кризиса 1973 года ). .
.svg/1280px-DOT_hazmat_class_3_(alt_3).svg.png)
В паспорте безопасности техасского неэтилированного бензина 2003 года указано наличие как минимум 15 опасных химических веществ в различных количествах, включая бензол (до пяти процентов по объему), толуол (до 35 процентов по объему), нафталин (до одного процента по объему). ), триметилбензол (до семи процентов по объему), метил -трет -бутиловый эфир (МТБЭ) (до 18 процентов по объему, в некоторых штатах) и около 10 других. [113] Углеводороды в бензине обычно обладают низкой острой токсичностью: LD50 составляет 700–2700 мг/кг для простых ароматических соединений. [114] Бензол и многие антидетонационные присадки канцерогенны .
Люди могут подвергнуться воздействию бензина на рабочем месте при его проглатывании, вдыхании паров, при попадании на кожу и в глаза. Бензин токсичен. Национальный институт охраны труда (NIOSH) также признал бензин канцерогеном. [115] Физический контакт, проглатывание или вдыхание могут вызвать проблемы со здоровьем. Поскольку проглатывание большого количества бензина может привести к необратимому повреждению основных органов, рекомендуется позвонить в местный токсикологический центр или обратиться в отделение неотложной помощи. [116]
Вопреки распространенному заблуждению, проглатывание бензина обычно не требует специального неотложного лечения, а вызывание рвоты не помогает и может усугубить ситуацию. По словам специалиста по ядам Брэда Даля, «даже два глотка не будут так опасны, если они попадут в желудок и останутся там или будут продолжать действовать». Агентство по регистрации токсичных веществ и заболеваний Центра по контролю и профилактике заболеваний США (CDC) рекомендует не вызывать рвоту, не делать промывания и не применять активированный уголь . [117] [118]
Вдыхаемые пары бензина являются распространенным отравляющим веществом. Пользователи концентрируют и вдыхают пары бензина таким образом, чтобы производитель не вызывал эйфорию и опьянение . Вдыхание бензина стало эпидемией в некоторых беднейших общинах и группах коренных народов Австралии, Канады, Новой Зеландии и некоторых островов Тихого океана. [119] Считается, что эта практика вызывает серьезное повреждение органов, а также другие последствия, такие как умственная отсталость и различные виды рака . [120] [121] [122] [123]
В Канаде дети коренных жителей изолированной общины северных лабрадоров в заливе Дэвис оказались в центре внимания всей страны в 1993 году, когда было обнаружено, что многие из них нюхали бензин. Правительство Канады и провинций Ньюфаундленд и Лабрадор несколько раз вмешивалось, отправляя многих детей на лечение. Несмотря на то, что в 2002 году их перевезли в новое поселение Натуашиш , серьезные проблемы со злоупотреблением ингаляционными веществами сохраняются. Подобные проблемы были зарегистрированы в Шешатшиу в 2000 году, а также в «Первой нации» Пикангикума . [124] В 2012 году этот вопрос вновь подняли СМИ Канады. [125]
Австралия уже давно сталкивается с проблемой запаха бензина в изолированных и обедневших общинах аборигенов . Хотя некоторые источники утверждают, что нюхание было введено американскими военнослужащими , дислоцированными в верхней части страны во время Второй мировой войны [126] или в результате экспериментов рабочих лесопилки на полуострове Кобург в 1940-х годах , [127] другие источники утверждают, что злоупотребление ингалянтами (например, вдыхание клея) ) появился в Австралии в конце 1960-х годов. [128] Хроническое нюхание тяжелого бензина, судя по всему, происходит среди отдаленных, обедневших коренных общин, где легкая доступность бензина помогла сделать его распространенным веществом, которым злоупотребляют.
В Австралии нюхание бензина теперь широко распространено в отдаленных общинах аборигенов Северной территории , Западной Австралии , северных частей Южной Австралии и Квинсленда . [129] Число людей, нюхающих бензин, со временем растёт и падает, поскольку молодые люди экспериментируют или время от времени нюхают бензин. «Босс», или хронические, снифферы могут входить в сообщества и покидать их; они часто несут ответственность за поощрение молодых людей заняться этим. [130] В 2005 году правительство Австралии и компания BP Australia начали использовать топливо Opal в отдаленных районах, где часто нюхают бензин. [131] Опал — это топливо, которое нельзя нюхать (которое с гораздо меньшей вероятностью может вызвать кайф), и оно оказало положительное влияние на жизнь некоторых коренных народов.
Бензин чрезвычайно легко воспламеняется из-за его низкой температуры вспышки -23 °C (-9 °F). Как и другие углеводороды, бензин горит в ограниченном диапазоне паровой фазы, и в сочетании с его летучестью это делает утечки очень опасными при наличии источников возгорания. Бензин имеет нижний предел взрываемости 1,4 процента по объему и верхний предел взрываемости 7,6 процента. Если концентрация ниже 1,4 процента, топливовоздушная смесь слишком бедная и не воспламеняется. Если концентрация выше 7,6 процентов, смесь слишком богатая и к тому же не воспламеняется. Однако пары бензина быстро смешиваются и распространяются с воздухом, делая несвязанный бензин быстро воспламеняющимся.
Выхлопные газы, образующиеся при сжигании бензина, вредны как для окружающей среды, так и для здоровья человека. После вдыхания CO в организм человека он легко соединяется с гемоглобином в крови, и его сродство в 300 раз превышает сродство к кислороду. Поэтому гемоглобин в легких соединяется с CO вместо кислорода, вызывая гипоксию организма человека , вызывая головные боли, головокружение, рвоту и другие симптомы отравления. В тяжелых случаях это может привести к смерти. [132] [133] Углеводороды воздействуют на организм человека только тогда, когда их концентрация достаточно высока, а уровень их токсичности зависит от химического состава. Углеводороды, образующиеся при неполном сгорании, включают алканы, ароматические соединения и альдегиды. Среди них концентрация метана и этана более 35 г/м 3 (0,035 унции/ку фута) вызовет потерю сознания или удушье, концентрация пентана и гексана более 45 г/м 3 (0,045 унции/ку фута) приведет к оказывают анестезирующее действие, а ароматические углеводороды будут иметь более серьезные последствия для здоровья, токсичность для крови, нейротоксичность и рак. Если концентрация бензола превышает 40 частей на миллион, это может вызвать лейкемию, а ксилол может вызвать головную боль, головокружение, тошноту и рвоту. Воздействие на человека большого количества альдегидов может вызвать раздражение глаз, тошноту и головокружение. Помимо канцерогенного воздействия, длительное воздействие может вызвать повреждение кожи, печени, почек и катаракту. [134] После того, как NO x попадает в альвеолы, он оказывает сильное стимулирующее действие на легочную ткань. Он может раздражать конъюнктиву глаз, вызывать слезотечение и покраснение глаз. Он также оказывает стимулирующее действие на нос, глотку, горло и другие органы. Это может вызвать одышку, затруднение дыхания, покраснение глаз, боль в горле и головокружение, вызывающее отравление. [134] [135]
В последние годы, в связи с быстрым развитием автомобильного хозяйства, производство и использование автомобилей резко возросло, а загрязнение окружающей среды выхлопными газами автомобилей становится все более серьезным. Загрязнение воздуха во многих крупных городах изменилось с загрязнения от сжигания угля на «загрязнение от автомобилей». В США транспорт является крупнейшим источником выбросов углекислого газа, на его долю приходится 30 процентов общего углеродного следа США. [136] При сгорании бензина образуется 2,35 килограмма на литр (19,6 фунта/галлон США) углекислого газа, парникового газа. . [137] [138]
Несгоревший бензин и испарения из бака при попадании в атмосферу вступают в реакцию с солнечным светом , образуя фотохимический смог . Давление паров первоначально повышается при некотором добавлении этанола в бензин, но наибольшее увеличение составляет 10 процентов по объему. [139] При более высоких концентрациях этанола, превышающих 10 процентов, давление паров смеси начинает снижаться. При 10-процентной объемной концентрации этанола повышение давления паров потенциально может усугубить проблему фотохимического смога. Это повышение давления пара можно смягчить, увеличив или уменьшив процентное содержание этанола в бензиновой смеси. Основной риск таких утечек связан не с транспортными средствами, а с авариями на грузовиках, доставляющих бензин, и с утечками из резервуаров для хранения. Из-за этого риска в большинстве (подземных) резервуаров для хранения теперь предусмотрены комплексные меры для обнаружения и предотвращения любых таких утечек, такие как системы мониторинга (Veeder-Root, Franklin Fueling).
Производство бензина потребляет 1,5 литра на километр (0,63 галлона США / милю) воды в зависимости от пройденного расстояния. [140]
Использование бензина приводит к различным пагубным последствиям для населения и климата в целом. Нанесенный ущерб включает более высокий уровень преждевременной смертности и заболеваний, таких как астма , вызванных загрязнением воздуха , более высокие расходы на здравоохранение для населения в целом, снижение урожайности , пропуски рабочих и школьных дней из-за болезни, усиление наводнений и других экстремальных погодных явлений . связано с глобальным изменением климата и другими социальными издержками. Затраты, налагаемые на общество и планету, оцениваются в 3,80 доллара за галлон бензина в дополнение к цене, которую платит пользователь на заправке. Вред здоровью и климату, наносимый бензиновым транспортным средством, значительно превышает ущерб, наносимый электромобилями. [141] [142]
Около 2,353 килограмма на литр (19,64 фунта/галлон США) углекислого газа (CO 2 ) образуется при сжигании бензина, не содержащего этанола. [138] Большая часть розничного бензина, продаваемого сейчас в США, содержит около 10 процентов топливного этанола (или E10) по объему. [138] При сжигании E10 образуется около 2,119 килограммов на литр (17,68 фунтов/галлон США) CO 2 , который выделяется из ископаемого топлива. Если принять во внимание выбросы CO 2 при сжигании этанола, то при сжигании E10 образуется около 2,271 кг на литр (18,95 фунта/галлон США) CO 2 . [138]
Во всем мире на каждые 100 км пробега автомобилей и микроавтобусов сжигается 7 литров бензина . [143] Несмотря на рост продаж электромобилей и падение продаж бензиновых автомобилей, продаваемые бензиновые автомобили, как правило, больше и тяжелее, поскольку больше внедорожников, поэтому сгорание бензина и выбросы углекислого газа на км существенно не снизились. [144]
Также в 2021 году Международное энергетическое агентство заявило, что: «Чтобы обеспечить эффективность стандартов экономии топлива и выбросов CO2, правительства должны продолжать нормативные усилия по мониторингу и сокращению разрыва между реальной экономией топлива и номинальными характеристиками». [143]
Бензин попадает в окружающую среду через почву, грунтовые, поверхностные воды и воздух. Таким образом, люди могут подвергаться воздействию бензина через дыхание, еду и контакт с кожей. Например, использование бензинового оборудования, такого как газонокосилки, питье загрязненной бензином воды вблизи мест разлива или утечки бензина в почву, работа на автозаправочной станции, вдыхание летучих газов бензина при заправке на автозаправочной станции – это самый простой способ подвергается воздействию бензина. [145]
В 2021 году Международное энергетическое агентство заявило, что «автомобильное топливо должно облагаться налогом по ставке, отражающей его влияние на здоровье людей и климат». [143]
Страны Европы взимают значительно более высокие налоги на топливо, такое как бензин, по сравнению с США. Из-за этой разницы цена на бензин в Европе обычно выше, чем в США. [146]
С 1998 по 2004 год цена на бензин колебалась от 0,26 до 0,53 доллара за литр (1–2 доллара за галлон США). [147] После 2004 года цена росла, пока средняя цена на бензин не достигла максимума в 1,09 доллара за литр (4,11 доллара США за галлон США) в середине 2008 года, но к сентябрю 2009 года снизилась примерно до 0,69 доллара за литр (2,60 доллара США за галлон США). [147] ] В 2011 году в США наблюдался рост цен на бензин, [148] и к 1 марта 2012 года средний показатель по стране составлял 0,99 доллара за литр (3,74 доллара за галлон США). Цены в Калифорнии выше, потому что правительство Калифорнии вводит уникальные формулы бензина и налоги в Калифорнии. [149]
В США цены на большинство потребительских товаров указаны до уплаты налогов, но цены на бензин указаны с учетом налогов. Налоги добавляются федеральным правительством, правительством штата и местными властями. По состоянию на 2009 год [update]федеральный налог составлял 0,049 доллара США за литр (0,184 доллара США/галлон США) для бензина и 0,064 доллара США за литр (0,244 доллара США/галлон США) для дизельного топлива (исключая красное дизельное топливо ). [150]
По данным Управления энергетической информации, около девяти процентов всего бензина, проданного в США в мае 2009 года, приходилось на бензин премиум-класса. В журнале Consumer Reports говорится: «Если [в руководстве пользователя] указано использовать обычное топливо, так и поступайте — более высокий сорт не дает никаких преимуществ». [151] Агентство Associated Press сообщило, что бензин премиум-класса, который имеет более высокое октановое число и стоит дороже за галлон, чем обычный неэтилированный бензин, следует использовать только в том случае, если производитель заявляет, что это «необходимо». [152] Автомобили с двигателями с турбонаддувом и высокой степенью сжатия часто используют бензин премиум-класса, поскольку топливо с более высоким октановым числом снижает вероятность «детонации» или предварительной детонации топлива. [153] Цена на бензин значительно варьируется в летние и зимние месяцы. [154]
Существует значительная разница между летним и зимним маслом по давлению паров бензина (давление пара по Риду, RVP), которое является мерой того, насколько легко испаряется топливо при данной температуре. Чем выше летучесть бензина (чем выше РВП), тем легче он испаряется. Конверсия между двумя видами топлива происходит два раза в год: один раз осенью (зимняя смесь), а другой весной (летняя смесь). Зимнее смешанное топливо имеет более высокую RVP, поскольку для нормальной работы двигателя топливо должно иметь возможность испаряться при низкой температуре. Если в холодный день значение RVP слишком низкое, автомобиль будет трудно завести; однако летний смешанный бензин имеет более низкое RVP. Он предотвращает чрезмерное испарение при повышении температуры наружного воздуха, снижает выбросы озона и уровень смога. В то же время в жаркую погоду вероятность возникновения паровой пробки снижается. [155]
Ниже приведена таблица плотности энергии (по объему) и удельной энергии (по массе) различных видов транспортного топлива по сравнению с бензином. В строках с брутто и нетто они взяты из книги данных по транспортной энергии Окриджской национальной лаборатории . [157]
По данным Отдела нефтяного планирования и анализа Министерства нефти, индийские водители использовали 500 000 баррелей моторного спирта в день за 12 месяцев, закончившихся в феврале 2016 года.
На основе оценок, предоставленных нефтеперерабатывающей промышленностью, Министерство национального развития и энергетики подсчитало, что решение снизить октановое число автомобильного бензина премиум-класса с 98 до 97 привело к эквиваленту годовой экономии. примерно до 1,6 млн баррелей сырой нефти.
В эту статью включен текст из общедоступного источника : « Сколько углекислого газа образуется при сжигании бензина и дизельного топлива?». Управление энергетической информации США (EIA). Архивировано из оригинала 27 октября 2013 года.
