Физико-химические свойства бензина. Бензин оптом. ТК Яхонт
Бензин должен соответствовать всем нормам, которые были описаны выше. Это соответствие определяется рядом физико-химических свойств, на которые влияют различные показатели. Основные значения этих параметров указываются в технической документации на топливо, производимое под данной маркой.
На значения этих показателей влияет природа сырой нефти, способы её обработки и очистки сырья, либо готового продукта. Для обеспечения одного и того же качества горючего одной марки, показатели физико-химических характеристик являются стандартизированными.
На способность бензина к образованию горючей смеси нужного состава, которая обеспечивает оптимальную работу мотора, влияют несколько показателей. Прежде всего, это определяется составом, стойкостью к детонации, наличием воды и механических примесей, а также давлением насыщенных паров. Топливо должно обеспечивать бесперебойную работу мотора при разных значениях температуры окружающей среды, при различном количестве оборотов коленчатого вала, а также отличной степенью открытия дроссельной заслонки.
Если обобщить, то все это является карбюраторными качествами бензина, которые определяют безотказность и срок работы мотора.
От значения этих показателей также зависит и скорость сгорания топливно-воздушной смеси внутри цилиндров двигателя, и возможность его полноценной работы при сжигании меньшего количества бензина. То есть, прежде всего, они определяют количество расходуемого бензина и мощность, развиваемую мотором.
Зависимость между температурой, при которой производится перегонка сырой нефти, и количеством топлива, устанавливается его фракционным составом. Стандартным является показатель в процентах по объему. В стандарте указывается температура, при которой осуществлялась перегонка 10, 50 и 90% горючего, помимо этого там указано значение конечной температуры в процессе перегонки.
Применение бензина, который перегонялся при очень высокой температуре, может привести к повышенному износу поршневой группы. Как следствие – масло будет смываться со стенок цилиндра, после чего разжижаться в картере.
Рабочая смесь будет неравномерно распределяться по поверхности цилиндра.
Давлением насыщенных паров определяется, насколько хорошо испаряются головные фракции горючего. Этот параметр также отвечает и за пусковые качества. С повышением давления насыщенных паров возрастает и их способность к испарению, что существенно ускоряет запуск мотора, и сокращает время на его полноценное прогревание. Но, при слишком высоком значении этого параметра, может происходить преждевременное испарение топлива, и оно не будет попадать в смесительную камеру карбюратора. Такое явление вызовет ухудшение наполнения камеры сгорания цилиндров, что может привести к образованию паровых пробок в системе топливного провода. Это негативно сказывается на запасе мощности мотора, или вовсе его остановке. Поэтому давление насыщенных паров горючего всегда колеблется в таком диапазоне, при котором обеспечивается оптимальное испарение, но не появляются паровые пробки в системе силового агрегата.
Октановое число тоже является очень важным показателем, некоторые даже указывают его ключевым.
Его важность заключается в том, что именно от значения октанового числа зависит стойкость бензина к детонации.
Стойкость к самопроизвольному воспламенению указывается в технической документации или стандартах определенной марки бензина. Этот показатель также входит и в маркировку, которую показывают на АЗС. Важнейший параметр горючего определяет процентное содержание изооктана в эталонной смеси с нормальным гептаном, которая проявляет такие же детонационные свойства, как и испытуемая марка топлива.
Чем меньше значение октанового числа, там менее стойким оказывается бензин перед детонацией. Это также влияет и на его эксплуатационные качества.
При равных условиях, та марка бензина, которая имеет фракционный состав меньшей массы, будет отличаться более высоким показателем октанового числа. Наиболее стойкими к самовоспламенению являются те виды горючего, которые состоят из большего количества ароматических углеводородов, и меньшего нафтеновых. А самыми склонными к этому процессу являются бензины, в составе которых преобладают нормальные парафиновые углеводороды.
Строгому контролю поддается и содержание в горючем сернистых соединений и смолистых веществ, поскольку именно эти компоненты способны существенно снизить важнейшую характеристику.
Зачастую, именно на прогретом двигателе, когда число его оборотов достигает максимальной отметки, или коленчатый вал осуществляет очень малое количество вращений, и возникает явление детонации. Это явление может вызвать перебои в работе системы охлаждения, что влечет за собой пробуксовку ремня вентилятора, образование накипи или нагара, а также увеличение уровня открытия дроссельной заслонки или резкое возрастание угла опережения зажигания.
Процедура предотвращения или прекращения начавшегося процесса детонации заключается в изменении режимов работы силового агрегата. Можно также и увеличить октановое число горючего с помощью добавления к нему специальных присадок, или компонентов, отличающихся повышенным содержанием изооктана.
Не допускается и наличие механических примесей в бензине.
Эти вкрапления могут привести к засорению фильтров в системе подачи топлива, что повлечет за собой нарушение стабильной работы мотора, а также негативно скажется на износе поршневых колец и цилиндров.
Моветоном является и повышенное содержание воды в веществе. При минусовой температуре она очень опасна, так как может замерзнуть, в результате чего закупоривается система подачи топлива, и оно не поступает в цилиндры должным образом. Вода может вызвать коррозию топливного бака и способствовать образованию смол в бензине.
Другие физико-химические свойства горючего также могут повлиять на безотказную работу мотора, максимальную развиваемую им мощность, а также расход топлива. Прежде всего, на мощности двигателя сказывается температура сгорания бензина. Но, согласно стандартам, производители придерживаются небольшого отклонения в этом параметре, даже для разных марок производимого вещества.
Автомобильный бензин не имеет четких норм показателей плотности и вязкости вещества. Дело в том, что изменение этих параметров не вызывает необходимости изменения регулировки и режимов работы мотора, при использовании топлива различных партий.
Необходимость корректировок может возникнуть только тогда, когда происходит переход от зимнего на летнее топливо, или наоборот. То же самое требуется и во время изменения марки.
Плотность бензина – это масса вещества, которая содержится в единице его объема. Для определения этой характеристики используется специальный прибор, а замеры проводятся при определенной температуре. Соблюдение такого режима вызвано тем, что параметры будут увеличиваться с понижением температуры окружающей среды. При возрастании вязкости снижается и пропускная способность жиклеров, а когда увеличивается плотность, то меняется количество одинакового объема бензина, который поступает в топливную систему.
При производстве бензин выводится в весовых единицах – килограммах. Но, заправка на специальных станциях производится в объемных – литрах. Это влечет за собой необходимость конвертации одних единиц в другие, но зная плотность, осуществить такой процесс достаточно просто.
нефтепродукты оптом бензин оптом битумные смеси дизельное топливо мазуты аналоги дизельного топлива
Бензин.
Физико-химические свойства бензина — презентация онлайн1. БЕНЗИН
Выполнил работу:Челяков Дмитрий, 52 группа
2. Что такое бензин?
В переводе с французского языка, бензин (benzine) обозначаетразличную по своему строению углеводородную смесь, жидкость, не
имеющую цвета, предел кипения у которой составляет 33-205 °С.
Плотность этой жидкости 700-780 кг/м2, замерзает Бензин при
температуре – 60 °С и ниже. Температура вспышки составляет меньше 0
°С.При концентрировании паров бензина в газовые объёмы плотностью
74-123 г/м3 образуется взрывчатая смесь.
3. Получение бензина
Бензин образуется путем каталитической переработки и перегонкисырой нефти. Бензин в малых количествах получается с помощью
переработки горючих сланцев и каменного угля, а также из естественных
природных и сопутствующих газов. В некоторых случаях в производстве
бензина может применяться и другое сырье из углеводородов.
Существует возможность отгона фракций бензина, с использованием
коксованных и полукоксованных смол с применением их
дополнительной очистки.
Кроме того, бензин изготавливают припомощи синтез-газа посредством синтин-процесса.
4. Применение бензина
В конце XIX века бензин не находил лучшего применения, чемантисептическое средство (продавался в аптеках) и топлива для примусов.
Зачастую из нефти отгоняли только керосин, а все остальное, включая
бензин, либо сжигали, либо просто выбрасывали. Однако с
появлением двигателя внутреннего сгорания, работающего по циклу Отто,
бензин стал одним из главных продуктов нефтепереработки, хотя по мере
распространения дизельных двигателей благодаря их более
высокому КПД на первый план выходит дизельное топливо. Бензин
применяется как топливо для карбюраторных и инжекторных двигателей,
высокоимпульсное ракетное топливо (Синтин), при производстве
парафина, как растворитель, как горючий материал, сырье для нефтехимии
прямогонный бензин или бензин газовый стабильный (БГС).
5. Топливный бензин
Топливный бензин можно разделить на две категории: авиационный иавтомобильный.
В отличие от автомобильного бензина авиационный бензинимеет гораздо более высокое октановое число, и содержит в себе большее
количество легких фракций.
Основной принцип классификации сортов бензина — это его октановое число.
Чем оно выше, тем бензин более устойчив к детонации, что предоставляет
возможность его применения в двигателях имеющих гораздо более высокую
степень сжатия.
Бензин обозначается следующим образом: «А» — бензин для автомобилей; «Б» бензин авиационный; «80», «92» и т.д. – это октановое число бензина или
числовой индекс. Перед числовым индексом может стоять буква «И» это
обозначает, что октановое число определялось исследовательским методом.
Если же буква отсутствует – это означает, что октановое число определено
моторным методом.
Главным характеризующим свойством бензина, от
которого зависит практическое применение этого
горючего нефтепродукта, является устойчивость к
детонации. Другими словами это способность
бензина при разных условиях
практически полностью сгорать в работающем
двигателе.
В автомобильном бензине это свойствовыражено октановым числом, а в авиационном
бензине, кроме традиционной октановой
характеристики, антидетонационное
свойство находит своё выражение в сортности
бензина.
Именно по этим свойствам и
происходит деление бензина на марки.
Для автомобильного бензина
характерна следующая маркировка:
АИ-80, (А-76) АИ-92, АИ-95 и т.д.
Авиационный бензин маркируется
следующим образом: Б-100/130, Б91/115, в данном случае в числителе
после «Б» указывается октановое число
горючего, а на месте знаменателя
указывается его сорт. В целях
улучшения стойкости бензина к
детонации в него добавляется
антидетонационная присадка –
тетраэтилсвинец.
7. Воздействие бензина на человеческий организм
В человеческий организм, какправило, бензин проникает
через легкие. В случае острого
отравления бензиновыми
парами, проявляется всеобщая
интоксикация организма. В
данном случае первой помощью
будут те же самые действия, что
и при других распространенных
интоксикациях.
8. Основные свойства бензина
Главным свойством, которое характеризирует бензин как топливо дляинжекторных и карбюраторных двигателей внутреннего сгорания
является его высокая летучесть. Это свойство напрямую зависит от
фракционных составляющих и определяет устойчивость к детонации.
Чем лучше испаряется бензин, тем более полноценная горючая смесь
образуется, в результате облегчается запуск двигателя, в цилиндрах
уменьшается конденсация топливных паров, и, соответственно, меньше
разжижается масло.
Каждый сорт бензина имеет свои
показатели плотности, температуры
замерзания и горения. Физические
особенности бензина, кроме
химической микроструктуры,
зависят еще и от наличия
переходящих из нефтепродуктов
различных примесей. Чем больше
примесей, тем ниже качество
бензина. Бензин, сделанный путем
перегона нефти (прямогонный), не
является детонационно-стойким и
для использования в качестве
топлива для современного двигателя
совершенно не подходит.
Так же неподходит для использования в
мощных моторах бензин с низким
октановым числом. Его можно
применять при небольших
нагрузках, или на холостом ходу, но
если мотор прогрет и работает на
полную мощность, то менее чем
через минуту он прекратит свое
полноценное функционирование и в
результате потребуется
дорогостоящий ремонт.
10. Химическая стабильность бензина
Химическая стабильность бензина характеризует его способностьпротивостоять окислению и химическим изменениям при длительном хранении,
транспортировании и применении в двигателе (в системе питания).
Химическая стабильность бензинов прежде всего связана с наличием в их
составе непредельных углеводородов, которые характеризуются повышенной
склонностью к окислению.
Наиболее склонны к окислению углеводороды, имеющие сопряженные двойные
связи, особенно циклические. Мало устойчивы против окисления и
ароматические углеводороды с двойной связью в боковой цепи.
С разветвлением молекулы олефина и при приближении двойной связи к ее
середине стабильность олефинов понижается. Углеводороды (диены) с
удаленными друг от друга двойными связями по стабильности приближаются к
олефинам. Под влиянием температуры, кислорода, воздуха, каталитического
воздействия металлов (свинца и др.) они быстро окисляются и по-лимеризуются
с образованием смолистых веществ и кислот.
Образование смолистых веществ в результате окисления непредельных
углеводородов под воздействием кислорода воздуха при обычных температурах
проходит ряд промежуточных стадий.
Первичными продуктами окисления углеводородов являются гидропероксиды
— соединения мало устойчивые и склонные к быстрому превращению по
различным направлениям в зависимости от условий окисления.
Химическую стабильность характеризуют следующими
показателями:
индукционный период;
содержание фактических смол;
сумма продуктов окисления;
кислотность.
12.
Физико-химические свойства бензинаСоответствие бензина перечисленным требованиямзависит, прежде всего, от его физико-химических свойств,
которые определяются рядом показателей. Основные
показатели физико-химических свойств бензинов
указываются в стандарте или в технических условиях на
бензин данной марки.
Приведенные показатели могли бы значительно
изменяться в зависимости от природы нефти, способов ее
переработки и очистки бензина. Стандартизация
основных показателей физико-химических свойств
обеспечивает одно и то же качество бензина данной
марки.
Фракционный состав, давление насыщенных паров,
детонационная стойкость, а также содержание
механических примесей и воды в бензине определяют
способность данного бензина образовывать бензиновоздушную смесь нужного состава при различных
условиях работы двигателя, в том числе при низких и
высоких температурах, минимальных и максимальных
числах оборотов коленчатого вала, при приоткрытом или
полностью открытом дросселе, т.
е. определяюткарбюрационные качества бензина, от которых зависит
безотказность работы двигателя.
Кроме смол, которые могут образовываться, различают фактические смолы, т. е.
те, которые уже имелись и бензине или же образовались при испытании.
Содержание фактических смол в бензине строго ограничивается и
устанавливается предельное их содержание на месте производства и на месте
потребления, т. е. на нефтебазе, в момент получения бензина. Содержание
фактических смол определяется прибором, в котором при температуре 150 ± 3°С
производится выпаривание 25 мл бензина, омываемого струей горячего воздуха.
Полученный после выпаривания остаток взвешивается (в мг) и увеличивается в
4 раза.
Первоначальные качества бензина вследствие происходящих в них физикохимических процессов постепенно ухудшаются. Особенно это характерно для
бензинов термического крекинга.
Сохранение первоначальных качеств бензина в процессе транспортирования,
хранения и применения зависит от его физической и химической стабильности.
Окисление и осмоление возрастает с
повышением температуры бензина. Поэтому все
меры, которые способствуют понижению
температуры бензина при хранении и
транспортировании, будут уменьшать его
окисление и осмоление. Понижение температуры
также уменьшает потери легкоиспаряемых
углеводородов.
Окислению и осмолению способствует контакт
бензина с воздухом, поэтому он быстрее
осмоляется при неполном заполнении тары.
Процесс окисления является самоускоряющимся
и поэтому бензин, залитый в тару, не очищенную
от остатков старого осмолившегося бензина,
осмоляется преждевременно.
Ускоряют образование смол ржавчина и
загрязнение тары, нежелательно попадание в
бензин воды, О химической стабильности
бензина судят по величине индукционного
периода.
Токсичность является важнейшей
характеристикой бензина.
В связи с этим чрезвычайно важно, чтобы ни сам
бензин, ни его пары и нагар не представляли
повышенной опасности для здоровья лиц,
соприкасающихся с ними.
15. Спасибо за внимание
Показатели физико-химических свойств бензина, характеризующие его эксплуатационные качества
Показатели физико-химических свойств бензина, характеризующие его эксплуатационные качества
Соответствие бензина перечисленным выше технико-экономическим требованиям зависит прежде всего от его физико-химических свойств, которые определяются рядом показателей.
Приведенные показатели могли бы значительно изменяться в зависимости от природы нефти, способов ее переработки, очистки бензина и добавляемых к нему присадок. Стандартизация основных показателей физико-химических свойств обеспечивает одно и то же качество бензина данной марки.
По каждому из показателей установлены количественные значения, определяемые стандартными методами, что гарантирует полную сопоставимость результатов испытаний.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
Соответствие бензина тому или иному технико-экономическому требованию характеризуется не одним, а несколькими показателями его физико-химических свойств.
В то же время в ряде случаев от одного и того же показателя физико-химических свойств зависит соответствие нескольким технико-экономическим требованиям.
Свойства бензина, влияющие на безотказную работу двигателя
Фракционный состав, давление насыщенных паров, а также содержание механических примесей и воды в бензине определяют способность данного бензина образовывать однородную бензино-воздуш-ную смесь нужного состава при различных условиях работы двигателя, в том числе при низких и высоких температурах, минимальной и максимальной частоте вращения коленчатого вала, при прикрытом и полностью открытом дросселе, т. е. определяют карбюрационньге качества бензина, от которых зависит безотказность работы двигателя.
От них зависит также быстрота и полнота сгорания бензино-воздушной смеси в цилиндрах двигателя, т. е. мощность, развиваемая двигателем, и количество расходуемого при этом бензина.
Фракционный состав устанавливает зависимость между количеством топлива (в процентах по объему) и температурой, при которой оно перегоняется.
Фракционный состав позволяет судить о полноте испарения бензина в процессе карбюрации. От испаряемости бензина зависит качество бензино-воздушной смеси, ее однородность и состав. Время, за которое должен испариться бензин, незначительно и для современных двигателей, имеющих большую частоту вращения коленчатого вала, составляет примерно 0,02 с. Поэтому, чтобы за столь короткое время весь бензин, поступающий в цилиндры двигателя,, мог превратиться из жидкости в пар, он должен обладать высокой испаряемостью и для этого распыллваться на возможно мелкие частички.
Для характеристики фракционного состава в стандарте указывается температура, при которой перегоняется 10,50 и 90% бензина, а также температура конца его перегонки. В некоторых случаях указывается температура начала перегонки. Кроме того, ограничивается количество бензина, которое не перегоняется (остаток в колбе), и количество бензина, которое улетучивается в процессе перегонки.
При высокой температуре перегонки 10% бензина затрудняется пуск холодного двигателя вследствие того, что рабочая смесь будет слишком обеднена, так как основное количество бензина будет попадать в цилиндры в жидком виде.
Однако, если бензин имеет слишком низкие температуры начала перегонки и перегонки 10%, то при горячем двигателе и особенно в жаркое время в системе питания могут испаряться наиболее низко-кипящие углеводороды, образуя пары, объем которых в 150—200 раз больше объема бензина. При этом горючая смесь обедняется, что вызывает перебои или остановку двигателя, а также создает затруднения при пуске прогретого двигателя. Это явление внешне проявляется так же, как и в случае засорения топливной системы, поэтому получило название «паровой пробки».
После пуска двигателя интенсивность его прогрева, устойчивость работы на малой частоте вращения коленчаюго вала и приемистость (интенсивность разгона автомобиля при полностью открытом дросселе) зависят главным образом от температуры перегонки 50% бензина. Чем ниже эта температура, тем легче испаряются средние фракции бензина, обеспечивая поступление в ненро-гретый еще двигатель горючей смеси необходимого состава, устойчивую его работу на малой частоте вращения коленчатого вала двигателя и хорошую приемистость.
При трогании и разгоне автомобиля резко открывается дроссель и во впускной трубовод устремляется большое количество топлива и холодного воздуха, что приводит к снижению температуры и ухудшению испарения. Чем ниже у бензина температура перегонки 50%, тем легче и быстрее обеспечивается в этих условиях образование смеси нужного состава (а-0175—028) и будет выше приемистость двигателя.
Интенсивность подогрева смеси во впускном трубопроводе зависит от температуры перегонки 50% бензина: чем больше эта температура,; тем интенсивнее должен быть подогрев. Применение бензина с несоответственно низкой £60 может понизить коэффициент наполнения и мощность двигателя.
По температуре перегонки 90% (tso) и температуре конца перегонки (кипения) судят о наличии в бензине тяжелых трудноиспаряемых (хвостовых) фракций, об интенсивности и полноте сгорания рабочей смеси, о мощности, развиваемой двигателем, и количестве расходуемого топлива, об износах двигателя. Желательно, чтобы эта температура была по возможности более низкой для обеспечения полного испарения всего бензина, поступившего в цилиндры двигателя Улучшение испаряемости бензинов тяжелого фракционного состава за счет более интенсивного подогрева впускного трубопровода не дает должного эффекта, так как при этом снижаются коэффициент наполнения двигателя и литровая мощность.
Такой способ повышения испаряемости тем более неприемлем для современных форсированных двигателей.
Применение бензина с высокой температурой конца перегонки приводит к повышенным износам цилиндров и поршневой группы вследствие смывания масла со стенок цилиндров и его разжижения в картере, а также неравномерного распределения рабочей смеси по цилиндрам.
Особенно резко увеличивается износ двигателя при работе на бензине с высокой температурой конца перегонки в условиях низких температур окружающего воздуха. Поэтому, например, бензин зимнего вида А-76 имеет температуру конца перегонки 185 °С, а летнего вида 195 °С.
По величине потерь при перегонке бензина судят о склонности его к испарению при транспортировании и хранении. Бензин, характеризующийся повышенными потерями при перегонке, т. е. с большим количеством особо легких фракций, интенсивно испаряется в жаркое время года. Поэтому при транспортировании и хранении бензина потребовалось бы применять дополнительные меры, направленные на уменьшение потерь от испарения.
Результаты фракционной перегонки бензина изображают в виде кривых, откладывая па оси абсцисс температуру (°С) и на осп ординат количество бензина (%) по объему, перегоняемого при этой температуре.
Давление насыщенных паров характеризует испаряемость головных фракций бензинов и прежде всего их пусковые качества.
Чем выше давление насыщенных паров бензина, тем легче он испаряется и тем быстрее происходит пуск и прогрев двигателя. Однако, если бензин имеет слишком высокое давление насыщенных паров, то он может испаряться до смесительной камеры карбюратора. Это приводит к ухудшению наполнения цилинров, возможному образованию «паровых пробок» в системе питания и снижению мощности, перебоям и даже остановке двигателя.
Бензин с чрезмерно высоким давлением насыщенных паров имеет большие потери вследствие испарения при хранении и транспортировании. Поэтому давление насыщенных паров бензина устанавливается таким, чтобы при хорошем его испарении не образовались «паровые пробки» в системе питания двигателя.
Для бензинов летнего вида давление насыщенных паров не должно превышать 500 мм рт. ст., а для зимнего вида оно должно быть в пределах 500—700 мм рт ст.
В высокогорных районах с жарким климатом желательно применение бензина с более низким давлением насыщенных паров, так как понижение барометрического давления и повышение температуры воздуха способствуют образованию «паровых пробок» в системе питания двигателя.
При оценке испаряемости бензина нельзя ограничиться только одним давлением насыщенных паров. Необходимо также учитывать его фракционный состав, поскольку бензин может иметь нужное давление насыщенных паров за счет незначительного количества очень легких фракций и в то же время может содержать тяжелые фракции с недопустимо высокой температурой конца кипения.
Рис. 1. Влияние температур перегонки 10% (а), 50% (б) бензина и температуры конца кипения (в) бензина на его эксплуатационные качества: I — паровые пробки; II — трудным пуск; III — пуск невозможен; IV — плохая приемистость; V — разжижение масла; VI — интенсивный износ
Рис.
2. Кривая перегонки бензина
Механические примеси в бензине не допускаются. Они приводят к засорению топливных фильтров, топливопроводов, жиклеров, что нарушает нормальную работу двигателя Попадая в двигатель, примеси увеличивают износ цилиндров и поршневых колец, а также отложения нагара.
Бензин, налитый в стеклянный цилиндр диаметром 40—50 мм, должен быть прозрачным и не содержать взвешенных и осевших на дно цилиндра посторонних примесей, в том числе и воды.
Вода в бензине не допускается. Она опасна прежде всего при температуре ниже 0 °С, так как, замерзая, образует кристаллы, которые могут преградить доступ бензина в цилиндры двигателя. Кроме того, вода способствует осмолению бензина, так как в ней растворяется ингибитор, а также является основным источником коррозии топливных баков, трубопроводов и других стальных деталей системы питания.
Вода в бензине может находиться в трех видах: в свободном состоянии, в виде эмульсий и в растворенном состоянии. Вода в свободном состоянии практически не смешивается с бензином и легко удаляется из него путем отстаивания в течение нескольких часов.
Эмульсия воды с бензином образуется в результате сильного перемешивания свободной воды с бензином пли же в результате выделения растворенной воды при понижении температуры Эмульсионная вода значительно труднее удаляется из бензина и в то же время она представляет большую опасность при низких температурах, когда ее мелкие капельки, взвешенные в бензине, могут превратиться в льдинки, закупоривающие топливные фильтры.
Растворенная или гигроскопическая вода может содержаться в бензинах только в сотых или даже тысячных долях процента.
Механические примеси и вода могут попасть в бензин при неправильном транспортировании, хранении и заправке автомобилей.
Свойства бензина, влияющие на мощность двигателя и расход топлива
Развиваемая двигателем мощность зависит от энергетических свойств топлива, т. е. в данном случае от энергетических свойств бензина. Энергетические свойства топлива характеризуются теплотой сгорания и зависят от элементарного состава топлива.
например, теплота сгорания водорода почти в 3,5 раза выше, чем углерода. Однако у различных марок автомобильных бензинов теплота сгорания практически отличается незначительно и равна примерно 10300—10600 ккал/кг. В ГОСТах или технических условиях на бензии теплота сгорания не приводится
Развиваемая двигателем мощности в большой степени зависит от характера сгорания бензино-воздушной (рабочей) смеси: скорости сгорания, полноты сгорания, моментов начала и конца сгорания.
Сгорание рабочей смеси может быть нормальное, в результате самовоспламенения (калильное зажигание) и детонационное. Последние два вида сгорания ухудшают рабочий процесс двигателя.
Рис. 3. Скорость сгорааин боп-зино-ноздушиои смеси в зависимости от ее состава
При нормальном сгорании смесь, сжатая до 10—16 кгс/см2 и нагретая теплом сжатия до 350—380 °С, воспламеняется от искры свечи зажигания и пламя распространяется по камере сгорания со средней скоростью 20—30 м/с**. Длительность основ-пой фазы сгорания составляет 25—30° угла поворота коленчатого вала или примерно 0,0025 с при 2000об/мин.
Такое сгорание обеспечивает наиболее полное тепловыделение и плавное нарастание давления в цилиндрах.
13 случае самовоспламенения (калильное зажигание) часть смеси воспламеняется не от электрической искры, а самопроизвольно от перегретых деталей (выпускного клапана, днища поршня, электродов свечи) или раскаленных частиц нагара на стенках камеры сгорания. Самовоспламенение может произойти до и после воспламенения смеси искрой.
Для современных форсированных карбюраторных двигателей калильное зажигание представляет большую опасность нарушения нормального протекания процесса сгорания и является основным препятствием дальнейшего форсирования двигателей.
Склонность бензина к самовоспламенению пока не нормируется. Сгорание от самовоспламенения возможно при наличии большого количества нагара в камере сгорания, перегреве двигателя, уменьшении угла опережения зажигания, обеднении горючей смеси. При сгорании вследствие самовоспламенения мощность двигателя уменьшается, повышается расход бензина, увеличивается износ, а иногда ломаются детали кривошнпно-шатунного механизма.
Такое сгорание обычно сопровождается стуками в двигателе. Характерный внешний признак самовоспламенения в карбюраторном двигателе — это продолжение работы двигателя с очень низкой частотой вращения коленчатого вала (200—300 об/мнн) после выключения зажигания.
Калильное зажигание может вызывать детонацию, в то же время продолжительная детонация может переходить в калильное зажигание.
При детонационном сгорании рабочей смеси пламя распространяется со сверхзвуковой скоростью 2000—2500 м/с, т. е. примерно в 100 раз быстрее нормального, а температура сгоревшей смеси повышается до 2500—3000 °С.
В настоящее время на основе учений академиков А. Баха и Н. Семенова принято считать, что детонационное сгорание рабочей смеси происходит в результате цепных реакций образования и самопроизвольного распада углеводородных перекисей под воздействием высоких температур и давлений, которым подвергается рабочая смесь, сгорающая в последнюю очередь. При самопроизвольном разложении перекисей выделяется большое количество тепла и образуются новые активные частицы.
Первоначальное воспламенение рабочей смеси происходит от искры свечи зажигания, и пламя, имеющее температуру 2000—2500 °С,( распространяется с нормальными скоростями. Так сгорает даже при сильной детонации, как правило, 75% рабочей смеси, а прп слабой детонации нормально сгорает около 95% смеси.
В дальнейшем под воздействием повысившихся температуры (400—450 °С) и давления (30—40 кгс/см) в еще части смеси в результате предпламенных реакций происходит предварительное окисление углеводородов с образованием перекисных соединений. При достижении определенной концентрации перекисей и активных продуктов их распада в одном каком-либо участке зоны несгоревшей рабочей смеси вследствие самовоспламенения появляется новый очаг пламени, распространяющийся со сверхзвуковой скоростью навстречу фронту нормального пламени, резко повышается давление от возникшей детонационной волны, от которой воспламеняется соседний слой смеси, а образующаяся новая детонацноиная волна, в свою очередь, воспламеняет следующий участок смеси и т.
д.
Давление в цилиндре повышается скачкообразно, а затем, вибрируя, затухает при такте расширения, вызывая появление характерного звонкого металлического стука вследствие вибрации стенок и головки цилиндров от ударов о них детонационной волны. Детонация сопровождается появлением черного дыма в отработавших газах.
При детонационш м сгорании двигатель перегревается, работает жестко и неустойчиво, его мощность снижается, а расход бензина увеличивается. Перегрев двигателя объясняется увеличенной теплоотдачей рабочей смеси вследствие того, что ее слои сильно прижимаются к стенкам головки цилиндров и днищу поршня детонационной водной.
Детонация ведет к уменьшению срока службы двигателя, к повреждению деталей двигателя (подгорание выпускных клапанов, выкрашивание коренных и шатунных подшипников, погнутость шатуна, прогорание днища поршней, прокладок головки цилиндров п др.).
Появление детонации зависит от наличия условий для образования перекисей, поэтому все факторы, способствующие образованию перекисей, будут содействовать появлению детонации в двигателе.
На появление детонации влияют детонационная стойкость бензина, состав рабочей смеси, режим работы двигателя, конструкция Двигателя.
Рис. 4. Индикаторные диаграммы карбюраторного двигателя: а — при нормальном сгорании рабочей смеси; б — при детонационном сгорании рабочей смеси
Рис. 5. Влияние детонации на износ цилиндров двигателя: 1 — при работе с детонацией; 2 — при работе без детонации
Детонационная стойкость бензина оценивается октановым числом, указанным в стандартах и технических условиях в числе важнейших физико-химических свойств бензина. Показатель октанового числа входит в маркировку бензина.
Октановое число бензина равно процентному (по объему) содержанию и з о-октана в такой смеси с нормальным гептаном, которая равноценна по детонационной стойкости испытуемому бензину. Чем выше октановое число, тем более стоек бензин против детонации и тем лучшими эксплуатационными качествами он обладает.
Октановое число определяется путем сравнительных испытаний данного бензина с эталонным топливом, октановое число которого известно, на стандартной установке с одноцилиндровым двигателем с переменной степенью сжатия.
В качестве эталонного топлива применяют смеси с различным содержанием по объему двух углеводородов — изооктана (С8Н18) и нормального гептана (C_h2G). а также другие более дешевые жидкие топлива, протарированн >ie по изооктану и гептану. При этом октановое число изооктана принято за 100, а нормального гептана — за О. Поэтому, например, топливо, состоящее из 76% изооктана п 24% нормального гептана, будет иметь октановое число, равное 76.
Октановые числа, определяемые по исследовательскому методу, как правило, на несколько единиц выше, чем определяемые по моторному, так как в первом случае предусмотрен более легкий режим работы установки. Разница в октановых числах по исследовательскому и моторному методам характеризует чувствительность бензина к режиму работы двигателя. В обоих случах после прогрева двигателя постепенно увеличивается степень сжатия до появления детонации определенной стандартной интенсивности, определяемой по шкале указателя детонации. Затем сравнивают испытуемое топливо со смесями эталонных топлив.
Для этого подбирают две смеси эталонных топлив, различающиеся между собой не более чем на две октановые единицы, из которых одна детонирует сильнее, а другая сла-боее, чем образец топлива, подлежащего испытанию. Работу двигателя трижды переводят попеременно на испытуемое топливо и на смеси эталонных топлив и записывают показания указателя детонации.
Процентное содержание изооктана в этой смеси и будет октановым числом испытуемого бензина.
Как правило, с возрастанием молекулярной массы у углеводородов одной и той же группы октановое число понижается. Так, например, октановое число бутана 92, пентана уже 62, гексана 26 и гептана 0. Поэтому при прочих равных условиях бензины с более легким фракционным составом имеют и более высокое октановое число. Углеводороды с изомерной структурой имеют большую детонационную стойкость, чем соответствующие им углеводороды с нормальной структурой.
При сопоставимых молекулярных массах лучше противостоят детонации бензины, в которых преобладают ароматические углеводороды, затем следуют нафтеновые, и наименьшая детонационная стойкость у бензинов, состоящих в основном из нормальных парафиновых углеводородов.
Изопарафиновые углеводороды обладают высокой детонационной стойкостью.
Октановое число непредельных углеводородов выше, чем парафиновых, имеющих ту же молекулярную массу. Наличие в бензине сернистых соединений и смолистых веществ понижает октановое число.
Детонания чаще всего возникает при работе прогретого двигателя на полной нагрузке при небольшой частоте вращения коленчатого вала. Возникновению детонации способствует ухудшение охлаждения двигателя (нагар, накипь, пробуксовка ремня вентилятора и др.), увеличение открытия дросселя, уменьшение частоты вращения коленчатого вала, двигателя, увеличение угла опережения зажигания. Влияние частоты вращения коленчатого вала двигателя 3A3-53 на требования к детонационной стойкости бензина показано на рис. 30.
Интенсивность детонации уменьшается при обогащении и обеднении смеси: при обогащении—вследствие снижения образования перекисей из-за недостатка кислорода воздуха, а при обеднении — вследствие снижения теплоты сгорания смеси.
Изменяя режим работы двигателя, можно предотвратить или прекратить уже начавшуюся детонацию. Однако чрезмерное уменьшение, например, угла опережения зажигания влечет увеличение Расхода бензина и снижение динамических качеств автомобиля. Поэтому октановое число бензина должно быть таким, чтобы двигатель мог работать в любых условиях на наивыгоднейших режимах без появления детонации.
Рис. 6. Зависимость требования к антидетонационной стойкости бензина от частоты вращения вала
Так как у новых моделей двигателей в целях улучшения их топливной экономичности, повышения литровой мощности (рис. 7), снижения удельной массы и уменьшения размеров увеличивают степень сжатия, то требования к детонационной стойкости бензина все время возрастают.
В то же время существующие способы переработки нефти и ее состав не всегда обеспечивают получение бензина с необходимой детонационной стойкостью. Поэтому октановое число бензина повышается путем добавления к нему высокооктановых компонентов или присадок — антидетонаторов.
Высокооктановые компоненты (бензол, изооктан, изопентан, продукты каталитического крекинга, риформинга, гидрогенизации) добавляются к бензинам в значительных количествах, а антидетонаторы — в долях процента. Антидетонаторы, повышая О. Ч., могут изменить и другие свойства (например, токсичность) бензина.
В качестве антидетонатора для автомобильных бензинов применяют этиловые жидкости Р-9 и жидкость автомобильную. Такие бензины называют этилированными. Жидкость Р-9 содержит антидетонатор-тетраэтилсвинец (ТЭС) * РЬ(СгНб)4 — 54%, выноситель — бромистый этил (ВгСгШ) 33% и а — монохлорнафталии (С10Н.С1) — 6,3— 7,3%, наполнитель (бензин Б-70) — 5,7—6,7%, антиокислитель (параоксидифениламип) — 0,02—0,03% и краситель (синий, оранжево-красный, желтый).
Этилированный бензин, сгорая, выделяет свинец и его окиси, которые должны быть удалены из камеры сгорания. Этому способствует выноситель. В присутствии последнего свинец и его окиси образуют соединения РЬВг2 и РЬС12, которые превращаются в камере сгорания в пары и удаляются с отработавшими газами.
Добавление этиловой жидкости к бензину делает бензин ядовитым вследствие большой токсичности, которой обладает ТЭС.
Жесткое ограничение количества ТЭС, добавляемого к этилированному бензину (от 0,24 г на 1 кг топлива для А—76 и до 0,5 г для АИ-93 и АИ-98), объясняется рядом причин и прежде всего желанием не делать его слишком токсичным.
Добавление к бензину тетраэтилсвинца даже в таком небольшом количестве превращает его в жидкость, при пользовании которой необходимо соблюдать дополнительные меры предосторожности. Кроме того, эффективность повышения октанового числа при дальнейшем увеличении содержания ТЭС снижается.
Одним из новых антидетонаторов является марганцевый антидетонато р (ЦТМ), равноценный по эффективности ТЭС, который в отличие от последнего неядовит1. ЦТМ (циклопеп-тадиенилтрикарбонил марганца) СвШМн (СО)з представляет собой кристаллическое вещество, хорошо растворяющееся в бензине.
Симметричное строение молекул ЦТМ предопределяет его высокую летучесть и низкие температуры распада.
К антидетонатору ЦТМ добавляется выноситель (бисэтилксан-тоген) и антинагарная присадка (трикрезилфосфат) по 0,25 мл/кг каждого. Последняя существенно снижает появление калильного зажигания вследствие уменьшения нагарообразования.
По данным приведенных опытов бензин с марганцевым антидетонатором вызывает не больший износ, чем с ТЭС. ЦТМ не повышает кислотности бензина и лишь незначительно повышает содержание фактических смол. ЦТМ не увеличивает коррозионную агрессивность и не ухудшает химическую стабильность бензина по сравнению с ТЭС.
Бензин, содержащий ЦТМ, по токсичности приближается к чистому бензину.
Основной недостаток марганцевого антидетонатора состоит в том, что при концентрациях уже около 0,5 г/кг он вызывает отложение, нагара на поверхности изолятора свечей зажигания и образование между их электродами тонких токопроводящих нитей, что приводит к перебоям в их работе вследствие нарушения электроизоляции, а затем и к полному прекращению работы. Средняя продолжительность работы свечей без очистки пока составляет всего лишь около 90 ч.
В настоящее время проводятся экспериментальные исследования по повышению эффективности ЦТМ путем применения в качестве выносителя других соединений.
На безотказную работу двигателя, развиваемую им мощность и расход бензина, кроме рассмотренных показателей (фракционный состав, упругость паров, октановое число, содержание механических примесей и воды), оказывают некоторое влияние и другие физико-химические свойства (скрытая теплота испарения, коэффициент диффузии паров, вязкость, поверхностное натяжение, теплоемкость, плотность). Однако их не приводят в стандарте или технических условиях на бензины, так как в одних случаях они практически мало зависят от марки бензина (например, теплоемкость, коэффициент диффузии), в других случаях их значение ограничивается показателями физико-химических свойств, уже указанных в стандартах или технических условиях.
Для автомобильных бензинов не нормируется вязкость. Фактическое отклонение вязкости бензинов одной марки не вызывает необходимости изменять регулировку и режим работы двигателя для разных партий бензина.
Однако в этом может возникнуть необходимость при переходе на летний или зимний период эксплуатации главным образом из-за изменения вязкости, которая может отличаться в 1,5—2 раза и вызывать изменение состава смеси на 10-15%.
Увеличение вязкости уменьшает пропускную способность жиклеров, а с повышением плотности увеличивается масса одного и того же объема бензина, поступающего через жиклеры.
По величине плотности можно приближенно судить о виде топлива. В табл. приведена средняя плотность для некоторых автомобильных топлив и масел, а на рис. 33 показана зависимость теплоты сгорания нефтепродуктов от их плотности.
Если плотность бензина выше его средних значений, то это косвенно указывает на относительно худшую его испаряемость и пониженную детонационную стойкость. По сравнению со всеми другими физико-химическими показателями бензинов наиболее часто на автотранспортных предприятиях приходится определять плотность, что вызвано принятой системой учета расхода и нормирования бензина, а ие с целью определения качества бензина.
Рис. 8. Изменение плотности бензина в зависимости от температуры
Рис. 9. Теплота сгорания нефтепродуктов в зависимости от их плотности
Автотранспортные предприятия получают бензин с нефтебаз в единицах массы (кг,т), а при заправке автомобилей через топливозаправочные колонки замер производится в объемных единицах (л). Поэтому, зная плотность, пересчитывают количество бензина из единиц массы в объемные единицы.
На автотранспортных предприятиях плотность бензина определяется нефтеденсиметром (рис. 10), который обеспечивает точность замера до 0,001. Нефтеденсиметр погружают в стеклянный цилиндр, заполненный бензином. По глубине погружения нефтеденсиметра, отсчитываемой на верхней шкале, определяют плотность, а по нижней шкале находят температуру, при которой установлена плотность.
Рис. 10. О пределепие плотности бензина: а — нефтеденсиметр; б — замер плотности
Свойства бензина, влияющие на износы деталей двигателя, затраты на ремонт и техническое обслуживание автомобилей
Износы двигателя и затраты по уходу за автомобилем зависят от уже рассмотренных физико-химических свойств бензина, а также от содержания в нем минеральных и органических кислот, щелочей, смол, серы и ее соединений.
Водорастворимые кислоты и щелочи корродируют металлы, и их присутствие в бензине вызывает интенсивный износ деталей двигателя и коррозию деталей его системы питания. В бензине могут оказаться водорастворимые кислоты вследствие использования загрязненной тары, а щелочь, кроме того, — в результате некачественно выполненной его очистки. Стандартами на автомобильные бензины не допускается содержание в них хотя бы следов водорастворимых кислот и щелочей. Их отсутствие определяется по величине рН водной вытяжки бензина рН-метром или реакцией водной вытяжки бензина с помощью индикаторов фенолфталеина и метиловый оранжевый.
Органические кислоты корродируют металлы значительно слабее, чем минеральные. В основном они представляют опасность (особенно в присутствии воды) для цветных металлов и в первую очередь для свинца и цинка. Железо, например, поддается коррозии под действием органических кислот в десятки раз слабее, чем свинец и цинк. Поэтому органические кислоты в бензине приводят к ускоренному износу вкладышей коренных и шатунных подшипников коленчатого вала, втулок верхней головки шатуна и других деталей из цветных металлов (кроме алюминиевых).
Их количество в бензине возрастает в результате окисления непредельных углеводородов за время его хранения.
Продукты коррозии, вызванные органическими кислотами и представляющие собой нерастворимые в бензине хлопьевидньи? осадки, могут вызывать закупорку топливопроводов системы питания.
Содержание органических кислот (кислотность) в автомобильных бензинах строго ограничивается. За кислотность принимают количество едкого кали в миллиграммах, израсходованного на нейтрализацию всех кислых соединений, содержащихся в 100 мл бензина.
Сера и ее соединения в бензине крайне нежелательны, так как, помимо преждевременного износа деталей, снижают детонационную стойкость бензина, способствуют его осмолению, нагарообразова-нию в двигателе и ускоряют процесс старения масла.
Особой коррозионной агрессивностью отличаются активные сернистые соединения, к которым относятся элементарная сера (S), сероводород (h3S) и меркаптаны (R—S—Н). Присутствие активной серы в бензине строго ограничивается, что проверяют коррозией медной пластинки.
Отрицательная проба на коррозию медной пластинки указывает на то, что содержание сероводорода в бензине не более 0,0003, а элементарной серы не более 0,0015%.
Неактивные сернистые соединения — сульфиды (11—S—К), дисульфиды (R — — S2—R), полисульфиды (R—Sn—R), тиофаны (CnIbnS), теофены (Cnh3n„2S) — вызывают коррозию только при их сгорании вместе с бензином. При этом образуются сернистый (SO2) и серный (SO3) газы, которые вызывают коррозию деталей двигателя. Кроме того, сернистый и серный газы, проникая в картер двигателя и соприкасаясь со сконденсировавшимися парами воды и кислородом воздуха, образуют сильно корродирующую сернистую (h3S03) и серную (ll2SOJ кислоты, которые окисляют масло и вызывают износ деталей. Получены также данные, указывающие на то, что увеличение содержания серы в бензине А-76 с 0,10 до 0,15% вызвало увеличение износа деталей двигателя до 36%.
Некоторое количество серы в бензине все же допускается, так как избавиться от нее трудно, особенно при переработке сернистых нефтей.
В бензинах по ГОСТ 2084-77 марок А-76, АИ-93, АИ-93 ее может содержаться до 0,1%, в А-72 до 0,12%, а в бензинах со Знаком качества марок А-76 — 0,02, АИ-93 – 0,01 и АИ-98 — 0,05%.
Смолы в бензине образуют липкие, вязкие осадки темно-корич-певого цвета, которые отлагаются на деталях, соприкасающихся с бензином или его парами, например на стенках топливных баков, топливопроводов, в карбюраторе, во впускном трубопроводе, па стержнях впускных клапанов и т. д.
Осадки смолы ухудшают подачу бензина в цилиндры двигателя, а иногда и полностью нарушают ее. Не исключено попадание смол и в камеру сгорания. В этом случае они образуют нагар, способствующий самовопламенению рабочей смеси, работе с детонацией, зависанию клапанов и другим неисправностям.
Для восстановления работоспособности двигателя приходится периодически удалять образовавшиеся отложения, что увеличивает затраты на техническое обслуживание и ремонт автомобилей и снижает их техническую готовность и надежность.
С увеличением содержания смол в бензине снижается его детонационная стойкость, ухудшается испаряемость.
Количество смол в бензине непостоянно, оно увеличивается за счет окислительной полимеризации углеводородов.
Интенсивно этот процесс протекает при повышенной температуре и хорошем доступе воздуха.
Низкомолекулярные смолы растворяются в бензине, придавая ему желтизну, усиливающуюся с повышением содержания смолы. Высокомолекулярные смолы в бензине растворяются плохо и поэтому выпадают из него в осадок.
Рис. 11. Износ цилиндра двигателя в зависимости от содержания серы в бензине
Концентрация фактических смол в бензине строго ограничивается и устанавливается в миллиграммах на 100 мл бензина. При этом, учитывая неизбежность осмоления бензина в процессе хранения, устанавливается предельное содержание смол на месте производства и на месте потребления, т. е. на нефтебазе, в момент получения бензина автотранспортным предприятием. Так, например, для бензинов А-76 концентрация фактических смол на месте производства не должна превышать 5 мг на 100 мл топлива, а на месте потребления — 10 мг на 100 мл.
Для бензинов той же марки, но со Знаком качества содержание фактических смол не должно превышать соответственно 3 и 8 мг на 100 мл. Для бензинов марки АИ-93 со Знаком качества наличие смол на месте производства не допускается.
Свойства, влияющие на сохранение первоначальных качеств бензина
Первоначальные качества бензина вследствие происходящих в нем физико-химических процессов постепенно ухудшаются. Особенно это характерно для бензинов термического крекинга. Сохранение первоначальных качеств бензина в процессе транспортирования, хранения и применения зависит от его физической и химической стабильности.
Несмотря на сравнительно небольшой срок хранения бензина на автотранспортных предприятиях (объем хранилищ обычно не превышает объема десятидневного расхода топлива), требования к стабильности бензина не утрачивают своего значения и в этих условиях.
Поступающий на автотранспортное предприятие и на АЗС бензин сливают в резервуар, где находится остаток ранее доставленного бензина.
Поэтому практически бензин содержится в резервуаре в течение более длительного времени, чем дни его запаса. На некоторые автотранспортные предприятия бензин завозят только в определенное время года, поэтому срок его хранения исчисляется месяцами. Часто (консервация автомобиля, ожидание ремонта и т. д.) один и тот же бензин длительное время находится в топливном баке автомобиля. Кроме того, бензин поступает на автотранспортное предприятие не сразу после его производства.
Помимо химического состава бензина, на интенсивность образования смол и кислот оказывают влияние факторы, зависящие от условий использования его на автотранспортном предприятии. Так, окисление и осмоление возрастают с повышением температуры бензина. Поэтому все меры, которые способствуют понижению температуры бензина при хранении и транспортировании, будут уменьшать его окисление и осмоление. Понижение температуры также уменьшит потери легкоиспаряемых углеводородов.
Окиелению и осмолению способствует контакт бензина с воздухом, поэтому он быстрее осмоляется при неполном заполнении тары.
Зависимость образования смол от продолжительности хранения при полностью заполненной таре и заполненной на 50% показана на рис. 36, из которого видно, что осмоление бензина в резервуаре, залитом только на 50%, в 2—3 раза превышает количество смол в полностью залитом резервуаре.
Процесс окисления является самоускоряющим с я, поэтому бензин, залитый в тару, не очищенную от остатков старого осмелившегося бензина, осмоляется быстрее. Каталитически ускоряюще на образование смол действует ржавчина и загрязнение тары. Нежелательно попадание в бензин воды, так как она растворяет ингибиторы и снижает их эффективность. О химической стабильности бензина судят по величине индукционного периода, указанного в стандарте.
Индукционный период определяют в приборе, в котором подогретые до 100° С (в кипящей воде) 100 мл бензина находятся в закрытом сосуде (бомбе), наполненном кислородом. Через некоторое время бензин начинает окисляться, на что расходуется часть кислорода, и поэтому давление в сосуде падает.
Индукционным периодом называют время в минутах с момента погружения сосуда в кипящую воду до начала уменьшения давления. Чем это время больше, тем выше стойкость бензина против окисления.
О физической стабильности бензина по показателям качества, приводимым в стандартах, можно судить лишь косвенно. Такими показателями являются давление насыщенных паров и потери при перегонке. Чем больше их величина, тем ниже физическая стабильность бензина.
На повышенное содержание смол и органических кислот в бензине, как отмечалось выше, указывает изменение цвета бензина. При осмолении бензин приобретает желтый цвет и даже с коричневым оттенком. Но. иногда более светлый бензин может содержать больше смол, чем темный. Поэтому, если бензин хранится длительное время, необходимо производить его лабораторный анализ.
Токсичность бензина и особенности применения этилированного бензина
Токсичность является важнейшей характеристикой бензина. По условиям использования бензина трудно исключить случайное попадание его на кожу (особенно рук) водителей, рабочих по техническому обслуживанию и ремонту автомобилей, заправщиков и других работников автотранспортных предприятий.
Еще более трудно избежать вдыхания паров бензина, работая в производствен-пых цехах или управляя автомобилем. При ремонте двигателя неизбежно приходится соприкасаться с деталями, покрытыми нагаром. В связи с этим важно, чтобы ни бензин, ни его пары и нагар не представляли бы повышенной опасности для здоровья лиц, соприкасающихся с ними.
Рис. 12. Образование фактических смол при хранении: 1 — в резервуаре, заполненном полностью; 2 — в резервуаре, заполненном на 50%
Обычный бензин не представляет такой опасности, хотя частое его попадание на кожу и вдыхание паров, особенно при концентрации в воздухе бензина свыше 0,3 мг/л, является вредным. Частое попадание бензина па кожу вызывает раздражение, сушит ее, i рi-водит к шелушению,-экземе п другим заболеваниям. Кроме того, бензин, всасываясь через кожу, может вызвать явления общего отравления. Характерно, например, что при опускании руки в бензин на 5—7 мин в выдыхаемом человеком воздухе содержатся пары бензина.
Продолжительное вдыхание паров бензина при повышенной концентрации вредно влияет на нервную систему, вызывает головную боль п общее недомогание, а при содержании в 1 л воздуха 35— 40 мг бензина даже кратковременное их вдыхание в течение 5— 10 мин опасно для жизни.
тилсвинец, относится к ядовитым жидкостям, требующим соблюдения особых мер предосторожности при его применении.
О степени ядовитости тетраэтплсвпнца можно судить по предельно допустимой его концентрации в воздухе, которая составляет всего лишь 0,000005 мл/л.
Неосторожное обращение с этилированным бензином может вызвать серьезное расстройство нервной системы и послужить причиной других заболеваний. Причем оно может наступить со временем. так как свинец имеет свойство накапливаться в организме человека.
Меры предосторожности при использовании этилированного бензина направлены прежде всего на то, чтобы он не попадал на кожу п внутрь организма через пищевой тракт в виде жидкости и нагара. Что же касается паров этилированного бензина, то по токсичности они часто не отличаются от неэтилированного бензина, так как при испарении до 30% этилированного бензина весь тетраэтилсвинец остается в неиспарившемся бензине.
При использовании этилированного бензина применяется особая спецодежда для работающих, дооборудуются производственные помещения и выполняются дополнительные операции при техническом обслуживании и ремонте автомобилей.
В связи с непрерывным увеличением парка автомобилей в последние годы все большее и большее значение приобретает проблема уменьшения токсичности отработавших газов автомобилей. Уже теперь в воздухе крупнейших городов мира от 50 до 90% общего количества вредных веществ составляют отработавшие газы автомобилей. В отработавших газах содержится до 200 веществ, часть из которых токсична.
Токсичность отработавших газов обусловлена неполным сгоранием топлива и содержанием в них окиси углерода, окиси и двуокиси азота, альдегидов (формальдегида, ацетольдегида, акролеина), углеводородов (алканов, алкенов, алкадиенов, цикланов) и др. Среди перечисленных токсичных веществ у карбюраторных двигателей преобладает окись углерода.
Предельное содержание окиси углерода в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями ограничивается ГОСТом 17.2.2.03—77. Согласно ГОСТу, нормируется содержание окиси углерода в режиме холостого хода при двух частотах вращения коленчатого вала двигателя: минимальной и повышенной, равной 0,6 номинальной, для автомобилей трех груни выпуска до 1.
07.1978 г., с 1.07.1978 г. до 1.07.1980 г. и после 1.01.1980 г. Так, для автомобилей последней группы объемное содержание СО в отработавших газах не должно превышать 1,5% при минимальной частоте вращения коленчатого вала и 1% при повышенной частоте. Этим нормам должны отвечать автомобили, эксплуатирующиеся в столицах союзных республик, городах-курортах, в городах с населением 300 тыс. чел. и более.
Уменьшение загрязнения окружающего воздуха отработавшими газами автомобилей достигается в результате:
— применения специальных присадок к топливам; тщательной регулировки приборов систем питания и зажигания, а также поддержания в полной исправности других деталей двигателя, влияющих на полноту сгорания;
— установки на автомобилях специальных устройств — централизаторов;
— применения других видов топлива для автомобилей, а также других видов энергии для них.
Присадки к бензину позволяют добиться более полного его сгорания и таким образом уменьшения содержания в отработавших газах некоторых токсичных веществ.
Так, добавление к бензину смеси некоторых спиртов значительно снижает содержание окиси углерода в отработавших газах.
Проведенные исследования показали, что при неправильно отрегулированном двигателе содержание токсичных веществ в отработавших газах увеличивается в 3—5 раз и более по сравнению с правильно отрегулированным. Так, например, в зависимости от технического состояния карбюраторного двигателя содержание окиси углерода в отработавших газах колеблется от 0,5 до 13% (по объему). При этом основное внимание должно быть уделено регулировке карбюраторов в режимах холостого хода и средних нагрузок, угла опережения зажигания, зазоров клапанов, а также исправности свечей зажигания и деталей, влияющих на компрессию в двигателе.
Однако и у тщательно отрегулированного двигателя отработавшие газы содержат все еще значительное количество токсичных веществ. Их снижение особо важно при работе автомобилей в руд пиках, карьерах, закрытых помещениях, городах-курортах и в дру Гих подобных условиях.
Для этого отработавшие газы пропускаются через так называе мый нейтрализатор, где вредные элементы либо дожигают ся, либо поглощаются.
Дожигание токсичных веществ производится в пламенных каталитических нейтрализаторах. В качестве катализатора используются платина и палладий. Токсичные вещества поглощаются в жидкостных и адсорбционных нейтрализаторах. Характерный недостаток первых нейтрализаторов заключается в том, что они не уменьшают содержание в отработавших газах окиси азота, а вторых — нечувствительность к нейтрализации окиси углерода. Нейтрализаторы всех типов пока еще недостаточно надежны, недолговечны, некомпактны, дороги и сложны в эксплуатации.
Применение автомобилей с электрической тягой позволяет снять с повестки дня проблему загрязнения воздуха отработавшими газами. Частичным решением этого вопроса может служить применение сжиженных и сжатых газов в качестве топлива для автомобилей, а также дизельных двигателей, двигателей с форкамерио-факельным зажиганием, двигателей, у которых осуществляется впрыск бензина вместо карбюризации двигателей, работающих по новому термодинамическому циклу (карбюраторное смесеобразование и самовоспламенение топлива), рециркуляции (отвода) части отработавших газов и др.
В современных условиях найдут практическое применение прежде всего те способы, которые обеспечивают одновременно снижение токсичности и расхода нефтяного топлива. Идеальным автомобильным топливом в этом отношении мог бы служить водород, продукты сгорания которого состоят из паров воды.
Учитывая, что, кроме отработавших газов (65%), воздух загрязняется также картерными газами (20%) и испаряющимся топливом (15%). важно, чтобы исправно работала система вентиляции картера, поддерживалась хорошая компрессия в цилиндрах двигателя и не допускались бы подтекания бензина.
Бензин. Физико-химические свойства бензина презентация, доклад
БЕНЗИН
Выполнил работу:
Челяков Дмитрий, 52 группа
Что такое бензин?
В переводе с французского языка, бензин (benzine) обозначает различную по своему строению углеводородную смесь, жидкость, не имеющую цвета, предел кипения у которой составляет 33-205 °С.
Плотность этой жидкости 700-780 кг/м2, замерзает Бензин при температуре – 60 °С и ниже. Температура вспышки составляет меньше 0 °С.При концентрировании паров бензина в газовые объёмы плотностью 74-123 г/м3 образуется взрывчатая смесь.
Получение бензина
Бензин образуется путем каталитической переработки и перегонки сырой нефти. Бензин в малых количествах получается с помощью переработки горючих сланцев и каменного угля, а также из естественных природных и сопутствующих газов. В некоторых случаях в производстве бензина может применяться и другое сырье из углеводородов. Существует возможность отгона фракций бензина, с использованием коксованных и полукоксованных смол с применением их дополнительной очистки. Кроме того, бензин изготавливают при помощи синтез-газа посредством синтин-процесса.
Применение бензина
В конце XIX века бензин не находил лучшего применения, чем антисептическое средство (продавался в аптеках) и топлива для примусов.
Зачастую из нефти отгоняли только керосин, а все остальное, включая бензин, либо сжигали, либо просто выбрасывали. Однако с появлением двигателя внутреннего сгорания, работающего по циклу Отто, бензин стал одним из главных продуктов нефтепереработки, хотя по мере распространения дизельных двигателей благодаря их более высокому КПД на первый план выходит дизельное топливо. Бензин применяется как топливо для карбюраторных и инжекторных двигателей, высокоимпульсное ракетное топливо (Синтин), при производстве парафина, как растворитель, как горючий материал, сырье для нефтехимии прямогонный бензин или бензин газовый стабильный (БГС).
Топливный бензин
Топливный бензин можно разделить на две категории: авиационный и автомобильный. В отличие от автомобильного бензина авиационный бензин имеет гораздо более высокое октановое число, и содержит в себе большее количество легких фракций.
Основной принцип классификации сортов бензина — это его октановое число.
Чем оно выше, тем бензин более устойчив к детонации, что предоставляет возможность его применения в двигателях имеющих гораздо более высокую степень сжатия.
Бензин обозначается следующим образом: «А» — бензин для автомобилей; «Б» — бензин авиационный; «80», «92» и т.д. – это октановое число бензина или числовой индекс. Перед числовым индексом может стоять буква «И» это обозначает, что октановое число определялось исследовательским методом. Если же буква отсутствует – это означает, что октановое число определено моторным методом.
Главным характеризующим свойством бензина, от которого зависит практическое применение этого горючего нефтепродукта, является устойчивость к детонации. Другими словами это способность бензина при разных условиях практически полностью сгорать в работающем двигателе. В автомобильном бензине это свойство выражено октановым числом, а в авиационном бензине, кроме традиционной октановой характеристики, антидетонационное свойство находит своё выражение в сортности бензина.
Именно по этим свойствам и происходит деление бензина на марки. Для автомобильного бензина характерна следующая маркировка: АИ-80, (А-76) АИ-92, АИ-95 и т.д. Авиационный бензин маркируется следующим образом: Б-100/130, Б-91/115, в данном случае в числителе после «Б» указывается октановое число горючего, а на месте знаменателя указывается его сорт. В целях улучшения стойкости бензина к детонации в него добавляется антидетонационная присадка – тетраэтилсвинец.
Воздействие бензина на человеческий организм
В человеческий организм, как правило, бензин проникает через легкие. В случае острого отравления бензиновыми парами, проявляется всеобщая интоксикация организма. В данном случае первой помощью будут те же самые действия, что и при других распространенных интоксикациях.
Основные свойства бензина
Главным свойством, которое характеризирует бензин как топливо для инжекторных и карбюраторных двигателей внутреннего сгорания является его высокая летучесть.
Это свойство напрямую зависит от фракционных составляющих и определяет устойчивость к детонации.
Чем лучше испаряется бензин, тем более полноценная горючая смесь образуется, в результате облегчается запуск двигателя, в цилиндрах уменьшается конденсация топливных паров, и, соответственно, меньше разжижается масло.
Каждый сорт бензина имеет свои показатели плотности, температуры замерзания и горения. Физические особенности бензина, кроме химической микроструктуры, зависят еще и от наличия переходящих из нефтепродуктов различных примесей. Чем больше примесей, тем ниже качество бензина. Бензин, сделанный путем перегона нефти (прямогонный), не является детонационно-стойким и для использования в качестве топлива для современного двигателя совершенно не подходит. Так же не подходит для использования в мощных моторах бензин с низким октановым числом. Его можно применять при небольших нагрузках, или на холостом ходу, но если мотор прогрет и работает на полную мощность, то менее чем через минуту он прекратит свое полноценное функционирование и в результате потребуется дорогостоящий ремонт.
Химическая стабильность бензина
Химическая стабильность бензина характеризует его способность противостоять окислению и химическим изменениям при длительном хранении, транспортировании и применении в двигателе (в системе питания).
Химическая стабильность бензинов прежде всего связана с наличием в их составе непредельных углеводородов, которые характеризуются повышенной склонностью к окислению.
Наиболее склонны к окислению углеводороды, имеющие сопряженные двойные связи, особенно циклические. Мало устойчивы против окисления и ароматические углеводороды с двойной связью в боковой цепи.
С разветвлением молекулы олефина и при приближении двойной связи к ее середине стабильность олефинов понижается. Углеводороды (диены) с удаленными друг от друга двойными связями по стабильности приближаются к олефинам. Под влиянием температуры, кислорода, воздуха, каталитического воздействия металлов (свинца и др.) они быстро окисляются и по-лимеризуются с образованием смолистых веществ и кислот.
Образование смолистых веществ в результате окисления непредельных углеводородов под воздействием кислорода воздуха при обычных температурах проходит ряд промежуточных стадий.
Первичными продуктами окисления углеводородов являются гидропероксиды — соединения мало устойчивые и склонные к быстрому превращению по различным направлениям в зависимости от условий окисления.
Химическую стабильность характеризуют следующими показателями:
индукционный период;
содержание фактических смол;
сумма продуктов окисления;
кислотность.
Физико-химические свойства бензина
Соответствие бензина перечисленным требованиям зависит, прежде всего, от его физико-химических свойств, которые определяются рядом показателей. Основные показатели физико-химических свойств бензинов указываются в стандарте или в технических условиях на бензин данной марки.
Приведенные показатели могли бы значительно изменяться в зависимости от природы нефти, способов ее переработки и очистки бензина. Стандартизация основных показателей физико-химических свойств обеспечивает одно и то же качество бензина данной марки.
Фракционный состав, давление насыщенных паров, детонационная стойкость, а также содержание механических примесей и воды в бензине определяют способность данного бензина образовывать бензино-воздушную смесь нужного состава при различных условиях работы двигателя, в том числе при низких и высоких температурах, минимальных и максимальных числах оборотов коленчатого вала, при приоткрытом или полностью открытом дросселе, т. е. определяют карбюрационные качества бензина, от которых зависит безотказность работы двигателя.
Кроме смол, которые могут образовываться, различают фактические смолы, т. е. те, которые уже имелись и бензине или же образовались при испытании. Содержание фактических смол в бензине строго ограничивается и устанавливается предельное их содержание на месте производства и на месте потребления, т.
е. на нефтебазе, в момент получения бензина. Содержание фактических смол определяется прибором, в котором при температуре 150 ± 3°С производится выпаривание 25 мл бензина, омываемого струей горячего воздуха. Полученный после выпаривания остаток взвешивается (в мг) и увеличивается в 4 раза.
Первоначальные качества бензина вследствие происходящих в них физико-химических процессов постепенно ухудшаются. Особенно это характерно для бензинов термического крекинга.
Сохранение первоначальных качеств бензина в процессе транспортирования, хранения и применения зависит от его физической и химической стабильности.
Окисление и осмоление возрастает с повышением температуры бензина. Поэтому все меры, которые способствуют понижению температуры бензина при хранении и транспортировании, будут уменьшать его окисление и осмоление. Понижение температуры также уменьшает потери легкоиспаряемых углеводородов.
Окислению и осмолению способствует контакт бензина с воздухом, поэтому он быстрее осмоляется при неполном заполнении тары.
Процесс окисления является самоускоряющимся и поэтому бензин, залитый в тару, не очищенную от остатков старого осмолившегося бензина, осмоляется преждевременно.
Ускоряют образование смол ржавчина и загрязнение тары, нежелательно попадание в бензин воды, О химической стабильности бензина судят по величине индукционного периода.
Токсичность является важнейшей характеристикой бензина.
В связи с этим чрезвычайно важно, чтобы ни сам бензин, ни его пары и нагар не представляли повышенной опасности для здоровья лиц, соприкасающихся с ними.
Спасибо за внимание
Скачать презентацию
2 Краткая характеристика бензина
Автомобильные бензины представляют собой смесь бензиновых фракций полученных в различных технологических процессах и с добавлением к ним присадок.
Автобензины
получают смешением бензиновых фракций
каталитического крекинга и каталитического
риформинга.
Частично добавляются фракции
термического крекинга прямой перегонки.
Могут испольсоваться высокооктановые
добавки.
Марки автомобильных бензинов: «Нормаль-80», «Регуляр-91», «Премиум-95», «Супер-98», «АИ-92», «АИ-95» и «АИ-98», «АИ-100».
3 Назначение продукта
Бензин применяется как топливо для карбюраторных и инжекторных двигателей, высокоимпульсное ракетное топливо (Синтин), при производстве парафина, как растворитель, как горючий материал, сырьё для нефтехимии прямогонный бензин или бензин газовый стабильный (БГС)
4 Физико-химические свойства
Основными показателями бензина являются детонационная стойкость, давление насыщенных паров, фракционный состав, химическая стабильность и др. Ужесточение в последние годы экологических требований к качеству нефтяных топлив ограничило содержание в бензинах ароматических углеводородов и сернистых соединений.
Таблица 1 Характеристика основных компонентов, используемых при производстве бензинов
Компоненты | Достоинства | Недостатки |
Прямогонные нефтяные фракции | Хорошая химическая стабильность, возможность регулировки фракционного состава | Плохие антидетонационные свойства |
Бутан, фракция С5 | Хорошие антидетонационные свойства: отсутствие серы и аренов | Высокие летучесть и давление насыщенных паров |
Фракции КК | Хорошие антидетонационные свойства | Высокая концентрация аренов и алкенов |
Метил-трет-бутиловый эфир | Хорошие антидетонационные свойства: отсутствие серы и аренов | Низкая температура кипения, загрязнение водоемов |
Фракции ТК | Расширение сырьевой базы | Низкая химическая стабильность |
Фракции КР | Хорошие антидетонационные свойства | Высокая концентрация аренов, особенно бензола |
Алкилат | Хорошие антидетонационные свойства: практическое отсутствие серы и аренов | |
Изомеризат | Хорошие
антидетонационные свойства. | Высокое давление насыщенных паров. Высокая стоимость |
Легкая фракция (н.к. 85 С) ГК | Высокое ОЧ. Хорошая химическая стабильность. Отсутствие серы, алкенов и аренов | Высокие капитальные и эксплуатационные затраты |
Низкая
чувствительностьТребования по концентрации ароматических углеводородов в бензинах могут быть исполнены с помощью современной технологической обработки – селективного гидрокрекинга, гидроочистки, термического и каталитического риформинга. Тем не менее существует ряд показателей, улучшение которых возможно лишь с помощью специальных присадок и добавок. Такими показателями являются антидетонационные и моющие свойства автомобильных бензинов [2].
На
сегодняшний день в России выпускается
четыре марки автомобильного бензина:
«АИ-80», «АИ-92», «АИ-95» и «АИ-98».
Их
производство регулируется ГОСТ 32513-2013
[8].
Таблица 2 Классификация автомобильных бензинов по ГОСТ 32513-2013
Метод исследования | Марки | |||
АИ-80 | АИ-92 | АИ-95 | АИ-98 | |
Октановое число, не менее: | ||||
Исследовательский | 80,0 | 92,0 | 95,0 | 98,0 |
Моторный | 76,0 | 83,0 | 85,0 | 88,0 |
В
2008 г.
постановлением Правительства РФ
был утвержден Технический регламент
«О требованиях к автомобильному и
авиационному бензину, дизельному и
судовому топливу, топливу для реактивных
двигателей и мазуту» [9]. Этим регламентом
были утверждены официальные требования
к экологической безопасности различных
типов топлива. Техническим регламентом
вводились экологические классы бензина
класс 2,3,4,5 (соответствующие «Евро-2,3,4,5»)
и устанавливалось предельно допустимое
содержание вредных для окружающей среды
и человека химических веществ.
Таблица 3 Основные показатели качества автомобильных бензинов, вырабатываемых по ГОСТ 32513-2013 [8]
Показатель | Норма по маркам | |||||||
АИ-80 | АИ-92 | АИ-95 | АИ-98 | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||||
Октановое число ММ, не менее | 76 | 83 | 85 | 88 | ||||
ОЧИМ, не менее | 80 | 92 | 95 | 98 | ||||
Объемная доля углеводородов, % не более для экологических классов К3, К4, К5: олефиновых ароматических | 18 35 (42 – для К3) | |||||||
Классы испаряемости | ||||||||
А | В | С С1 | D D1 | E E1 | F F1 | |||
Давление насыщенных паров, кПа: летний период в зимний и межсезонный период | 35-80 35-100 | |||||||
Продолжение таблицы 3
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||
Фракционный состав: об. 70 С 100 С 150 С, не менее к.к., С, не выше объемная доля остатка в колбе, %, не более | 15-48 40-70 75 215 2 | 15-48 40-70 75 215 2 | 15-30 40-70 75 215 2 | 15-30 40-70 75 215 2 | 15-30 40-70 75 215 2 | 15-30 40-70 75 215 2 | |
Концентрация смол, мг/дм3 бензина, не более: | 50 | ||||||
Индукционный
период, мин. | 360 | ||||||
Плотность при 15 С, кг/м3 | 725-780 | ||||||
доля испарившегося бензина, %, при
температуре:
, не менееА,В летние бензины; C, D, E, F зимние бензины
C1, D1, E1, F1 бензины переходных периодов
Таблица 4 Требования бензина к ЕС
Показатель | Евро-2 | Евро-3 | Евро-4 | Евро-5 | |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
Массовая доля серы, не более | мг/кг | 500 | 150 | 50 | 10 |
Объемная доля бензола, не более | % | 5 | 1 | 1 | 1 |
Концентрация железа, не более | мг/дм3 | отсутствие | отсутствие | отсутствие | отсутствие |
Концентрация марганца, не более | мг/дм3 | отсутствие | отсутствие | отсутствие | отсутствие |
Концентрация свинца, не более | мг/дм3 | отсутствие | отсутствие | отсутствие | отсутствие |
Массовая доля кислорода, не более | % | — | 2,7 | 2,7 | 2,7 |
Объемная доля углеводородов, не более: | % | ||||
— ароматических | — | 42 | 35 | 35 |
Продолжение таблицы 4
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
— олефиновых | — | 18 | 18 | 18 | |
Октановое число: | — | ||||
по исследовательскому методу, не менее | 92 | 95 | 95 | 95 | |
по моторному методу, не менее | 83 | 85 | 85 | 85 | |
Упругость паров, не более: | кПа | ||||
в летний период | — | 45-80 | 45-80 | 45-80 | |
в зимний период | — | 50-100 | 50-100 | 50-100 | |
Объемная доля оксигенатов, не более: | % | ||||
метанола | — | отсутствие | отсутствие | отсутствие | |
этанола | — | 5 | 5 | 5 | |
изопропанола | 10 | 10 | 10 | ||
третбутанола | 7 | 7 | 7 | ||
изобутанола | 10 | 10 | 10 | ||
эфиров, содержащих 5 или более атомов углерода в молекуле | 15 | 15 | 15 | ||
других оксигенатов (с температурой конца кипения не выше 210 С) | 10 | 10 | 10 | ||
Наличие моющих присадок | — | обяз. | обяз. | обяз. |
Физико-химические свойства бензина (стр. 2 из 2)
Кислотность бензинов не должна превышать 3 мг/100 см3.
Особой коррозионной, агрессивностью отличаются активные сернистые соединения, к которым относятся элементарная сера (S), сероводород (H2S) и меркаптаны (R-S-H). Присутствие активной серы в бензине не допускается. Неактивные сернистые соединения вызывают коррозию только при их сгорании вместе с бензином. При этом образуются газы вызывающие коррозию деталей двигателя. Кроме того, эти газы, проникая в картер двигателя и соприкасаясь с конденсировавшимися парами воды и кислородом воздуха, образуют сильно коррозирующие серную и сернистую кислоты, которые окисляют масло и вызывают износ деталей. Некоторое количество неактивной серы в бензине все же допускается, так как избавиться от нее трудно, особенно при переработке сернистых нефтей.
Так, содержание серы стандартом ограничено до G.,00i —ОД %. Проверка -присутствия в бензине активной .серы производится качественной пробой путем наблюдения за поверхностью медной отполированной пластинки до и после пребывания ее в течение 3 ч в бензине, подогретом до температуры 50 ± 2°С, или в течение 18 мин при 100С. Пластинка не должна покрываться черными, тёмно — коричневыми и серо-стальными пятнами и налетами.
Количество неактивной серы в бензине определяется так называемым ламповым методом.
Смолы в бензине образуют нерастворимые липкие, вязкие осадки темного цвета, которые отлагаются на стенках топливных баков, топливопроводов, в карбюраторе, во впускном трубопроводе, камере сгорания, на стержнях и тарелках впускных клапанов и т. д. Под действием высокой температуры смолистые образования коксуются и превращаются в нагар. Осадки смолы ухудшают подачу бензина в цилиндры двигателя, а иногда и полностью нарушают ее, превратившись в нагар, приводят к описанию клапанов, самовоспламенению рабочей смеси, работе с детонацией и другим неисправностям Количество смол в бензине непостоянно, оно увеличивается за счет полимеризации непредельных углеводородов и окисления их кислородом воздуха.
Процесс усиливается при повышенной температуре и хорошем доступе воздуха.
Кроме смол, которые могут образовываться, различают фактические смолы, т. е. те, которые уже имелись и бензине или же образовались при испытании. Содержание фактических смол в бензине строго ограничивается и устанавливается предельное их содержание на месте производства и на месте потребления, т. е. на нефтебазе, в момент получения бензина. Содержание фактических смол определяется прибором, в котором при температуре 150 ± 3°С производится выпаривание 25 мл бензина, омываемого струей горячего воздуха. Полученный после выпаривания остаток взвешивается (в мг) и увеличивается в 4 раза.
Первоначальные качества бензина вследствие происходящих в них физико-химических процессов постепенно ухудшаются. Особенно это характерно для бензинов термического крекинга.
Сохранение первоначальных качеств бензина в процессе транспортирования, хранения и применения зависит от его физической и химической стабильности.
Окисление и осмоление возрастает с повышением температуры бензина. Поэтому все меры, которые способствуют понижению температуры бензина при хранении и транспортировании, будут уменьшать его окисление и осмоление. Понижение температуры также уменьшает потери легкоиспаряемых углеводородов.
Окислению и осмолению способствует контакт бензина с воздухом, поэтому он быстрее осмоляется при неполном заполнении тары.
Процесс окисления является самоускоряющимся и поэтому бензин, залитый в тару, не очищенную от остатков старого осмолившегося бензина, осмоляется преждевременно.
Ускоряют образование смол ржавчина и загрязнение тары, нежелательно попадание в бензин воды, О химической стабильности бензина судят по величине индукционного периода.
Токсичность является важнейшей характеристикой бензина.
В связи с этим чрезвычайно важно, чтобы ни сам бензин, ни его пары и нагар не представляли повышенной опасности для здоровья лиц, соприкасающихся с ними.
Определение качества и марки бензина
Рассмотренные физико-химические свойства бензинов, которые указываются в ГОСТ и технических условиях, достаточно полно характеризуют их эксплуатационные качества.
Для определения качества полученного бензина необходимо правильно отобрать пробу. Для отбора проб бензина используют пробоотборники или
приспособления с бутылкой. После опускания на необходимую глубину открывается крышка пробоотборника или пробка бутылки и после прекращения выделения пузырьков воздуха извлекают пробоотборник (бутылку) с пробой бензина.
Когда нет возможности провести лабораторный анализ и важно ориентировочно определить возможность применения имеющегося бензина, внешним осмотром определяют цвет, прозрачность, а также простейшими способами проверяют смолистость и испаряемость бензина.
Бензины «Нормаль 80», «Регулятор 91 и 92», «Премиум 95» и «Супер 98» неэтилированные, на цвет чистые прозрачные, бензин А-76 — желтого, а АИ-95 —- бледно-желтого цвета. Бензины А-80Э А-92, А-96 — бесцветны или бледно-желтого цвета.
Для проверки испаряемости на белую бумагу стеклянной палочкой наносят каплю топлива и по истечении 1—2 мин осматривают остаток после испарения.
После испарения бензина А-76 остается незначительное пятно, после испарения бензина остальных марок следок практически не остается. Бензин, содержащий смолистые вещества, оставляет на белой бумаге кольца желтого или коричневого цвета.
ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЕННЫХ ТОПЛИВ
Посетите NAP.edu/10766, чтобы получить дополнительную информацию об этой книге, купить ее в печатном виде или загрузить бесплатно в формате PDF.
« Предыдущая: ВВЕДЕНИЕ
Страница 13 Делиться Цитировать
Рекомендуемое цитирование: «ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЕННЫХ ТОПЛИВ.» Национальный исследовательский совет. 1996. Допустимые уровни воздействия для отдельных паров военного топлива . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/9133.
×
Сохранить
Отменить
2 Физические и химические свойства военных топлив J Топливо и судовое дизельное топливо (ДФМ) представляют собой сложные смеси углеводородов, получаемые путем перегонки сырой нефти.
Они содержат сотни углеводородов, а также множество добавок. Фактический состав любого данного топлива варьируется в зависимости от источника сырой нефти, процессов нефтепереработки и технических характеристик продукта. Углеводороды в реактивном и дизельном топливе менее летучи, чем в бензине. JP-5 — реактивное топливо с высокой температурой вспышки, разработанное ВМС. JP-5 — это специально очищенный тип керосина, состоящий из C9-парафины C16 (53%), циклопарафины (31%), ароматические соединения (16%) и олефины (0,5%). Содержание ароматических соединений в JP-5 может варьироваться от менее чем 2,5% до более чем 22% по объему. Содержание бензола в JP-5 обычно составляет менее 0,02% (Dollarhide, 1992), и в JP-5 может присутствовать небольшое количество полициклических ароматических углеводородов. Поскольку загрязнение авиационного топлива водой представляет собой серьезную проблему, в топливо добавляют ингибитор обледенения топливной системы, чтобы предотвратить образование льда в топливе.
Делиться
Цитировать
Рекомендуемое цитирование: «ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЕННЫХ ТОПЛИВ.» Национальный исследовательский совет. 1996. Допустимые уровни воздействия некоторых паров военного топлива . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/9133.
×
Сохранить
Отменить
авиационных систем. JP-8 аналогичен коммерческому реактивному топливу A-1. JP-8 был разработан для ВВС как безопасное топливо для реактивных двигателей на основе керосина, обладающее достаточной надежностью и приемлемой температурой замерзания. ДФМ представляет собой смесь дизельного топлива, по сути аналогичную керосину, в которую добавлены высококипящие фракции и высококипящие остаточные масла. Дизельное топливо состоит в основном из C9-углеводороды С20.
Для DFM это примерно 13% парафинов, 44% ароматических соединений и 44% нафталинов. DFM также может содержать менее 10% полициклических ароматических углеводородов.
При рассмотрении потенциальной токсичности паров топлива важно отметить, что многие компоненты топлива не существуют в парах (Bishop, 1982). В этом отчете рассматривается токсичность более летучих фракций топлива, а не токсичность всего топлива. Ожидается, что состав паров трех рассматриваемых видов топлива будет одинаковым, поскольку топливо производится путем смешивания керосина с различным количеством низкокипящих дистиллятов.
Ниже описаны физические и химические свойства военных топлив JP-5, JP-8 и DFM.
Страница 15 Делиться Цитировать
Рекомендуемое цитирование: «ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЕННЫХ ТОПЛИВ.» Национальный исследовательский совет.
1996. Допустимые уровни воздействия некоторых паров военного топлива . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/9133.
×
Сохранить
Отменить
ТОПЛИВО ДЛЯ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 5Молекулярный вес: | ≈185 |
Синонимы: | Реактивное топливо JP-5, MIL-T-5624M, AVCAT |
Точка замерзания, максимум: | -46°С |
Температура кипения: | 156-293°С |
Начальная точка: | 182°С (156-191°С) |
10% выпаренный: | 199°С ( 180-211°С) |
20% испаряемый: | 207°С (199-213°С) |
50 % испарения: | 220°С (212-229°С) |
90% испарения: | 246°С (236-275°С) |
Конечная точка: | 166°С (248-293°С) |
Температура вспышки, минимальная: | 60°С |
Давление паров: | 0,52 мм рт. |
Удельный вес, кг/л, 15°С, Минимум: | 0,788 |
Максимум: | 0,834 |
Теплотворная способность, БТЕ/фунт, минимум: | 18 300 |
Температура самовоспламенения: | 246°С |
Вязкость, максимальная при -20°C: | 8,5 |
Состав: | С 9 –С 16 парафины, об. циклопарафины, об. % ≈ 31%; ароматические соединения, об. % ≈ 16%; олефинов, об. % ≈ 0,5%. Ароматические соединения, типичные для крекинг-бензина и керосина, включают бензол, алкилбензолы, толуол, ксилол, индены, нафталины. Содержание бензола = 0,02%. |
Коэффициенты пересчета при стандартной температуре и давлении: | 1 ч/млн = 8,3 мг/м 3 1 мг/м 3 = 0,12 частей на миллион |
ст. (10°C) 1,8 мм рт.ст. (28°C)
% ≈ 53%;Страница 16 Делиться Цитировать
Рекомендуемое цитирование: «ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЕННЫХ ТОПЛИВ.» Национальный исследовательский совет. 1996. Допустимые уровни воздействия некоторых паров военного топлива . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/9133.
×
Сохранить
Отменить
ТОПЛИВО ДЛЯ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 8Молекулярный вес: | ≈180 |
Синонимы: | Реактивное топливо JP-8, MIL-T-83133B, АВТУР |
Точка замерзания, максимум: | -47°С |
Температура кипения: | 175-300°С |
10% восстановлено, максимум: | 205°С |
Конечная точка, максимум: | 300°С |
Температура вспышки, минимальная: | 38°С |
Давление паров: | 0,52 мм рт. |
Удельный вес, кг/л, 15°С, Минимум: | 0,775 |
Максимум: | 0,840 |
Теплотворная способность, БТЕ/фунт, минимум: | 18 400 |
Вязкость, максимальная при -20°C: | 8 |
Состав: | C 8 –C 9 алифатические углеводороды, об. углеводородов, об. % ≈ 65%; С 15 –С 17 алифатические углеводородов, об. % ≈ 7%; ароматических соединений, об. % ≈ 18%. Ароматические соединения, типичные для крекинг-бензина и керосина, включают бензол, алкилбензолы, толуол, ксилол, индены, нафталины. |
Коэффициенты пересчета при стандартной температуре и давлении: | 1 ppm = 8,0 мг/м 3 1 мг/м 3 = 0,12 частей на миллион |
Страница 17 Делиться Цитировать
Рекомендуемое цитирование: «ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЕННЫХ ТОПЛИВ. » Национальный исследовательский совет. 1996. Допустимые уровни воздействия некоторых паров военного топлива . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/9133.
×
Сохранить
Отменить
ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО СУДОВОЕМолекулярный вес: | 198-202 |
Синонимы: | ДМФ, дизельное топливо, бензин, дизельное топливо №. 4, дистиллят |
Точка замерзания, максимум: | нет данных |
Температура кипения, 760 мм рт. | 220-400°С |
90% восстановление, Минимум: | 282°С |
Максимум: | 338°С |
Удельный вес, кг/л, 15°С: | 0,87 |
Вязкость, 40°C: | 1,9-4,1 |
Плотность пара (воздух = 1): | 8 |
% летучих по объему при 38°C: | Незначительная |
Температура вспышки: | 52°С |
Температура самовоспламенения: | 257°С |
Состав: | С 9 –С 20 парафины, об. , об. % ≈ 44%; нафталины, об. % ≈ 44%; может содержать некоторое количество (< 10%) полициклические ароматические углеводород. |
Коэффициенты пересчета при стандартной температуре и давлении: | 1 ppm = 8,9 мг/м 3 1 мг/м 3 = 0,11 частей на миллион |
Страница 13 Делиться Цитировать
Рекомендуемое цитирование: «ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЕННЫХ ТОПЛИВ.» Национальный исследовательский совет. 1996. Допустимые уровни воздействия некоторых паров военного топлива . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/9133.
×
Сохранить
Отменить
Страница 14 Делиться Цитировать
Рекомендуемое цитирование: «ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЕННЫХ ТОПЛИВ.» Национальный исследовательский совет. 1996. Допустимые уровни воздействия некоторых паров военного топлива . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/9133.
×
Сохранить
Отменить
Страница 15 Делиться Цитировать
Рекомендуемое цитирование: «ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЕННЫХ ТОПЛИВ. » Национальный исследовательский совет. 1996. Допустимые уровни воздействия некоторых паров военного топлива . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/9133.
×
Сохранить
Отменить
Страница 16 Делиться Цитировать
Рекомендуемое цитирование: «ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЕННЫХ ТОПЛИВ.» Национальный исследовательский совет. 1996. Допустимые уровни воздействия некоторых паров военного топлива . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/9133.
×
Сохранить
Отменить
Страница 17 Делиться Цитировать
Рекомендуемое цитирование: «ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЕННЫХ ТОПЛИВ. » Национальный исследовательский совет. 1996. Допустимые уровни воздействия некоторых паров военного топлива . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/9133.
×
Сохранить
Отменить
Next: ТОКСИКОКИНЕТИКА ВОЕННЫХ ТОПЛИВ »
Сравнительный анализ физико-химических свойств кустарно очищенного бензина и обычного автомобильного бензина
Введение
Бензин представляет собой сложную смесь углеводородов и других химических соединений, используемых в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием, прежде всего в легковых транспортных средствах (David et al., 2018). Бензин пользуется большим спросом в развивающихся странах из-за увеличения населения, что приводит к увеличению автомобильной и промышленной деятельности. Кроме того, нефтеперерабатывающие заводы производят меньше установленной мощности или вообще не функционируют, что привело к невозможности переработки бензина в количестве, достаточном для удовлетворения местного потребления. Объем кустарной переработки в дельте Нигера растет (Yabrade and Tanee, 2016). При кустарной переработке сырую нефть кипятят при температуре окружающей среды; образующиеся пары конденсируются и собираются в баках и используются локально в качестве автомобильного топлива. Считается, что этот местный навык переработки был основан на местных технологиях (Goodnews and Wordu, 2019).). Кустарные нефтеперерабатывающие заводы, работающие в ручьях дельты реки Нигер, хотя и являются незаконными, обеспечивают занятость местных жителей, а также устраняют пробелы в наличии и поставках нефтепродуктов в нефтеносных сообществах региона (Brandes and Möller, 2008). ; Goodnews and Wordu, 2019; Addeh, 2020). NNPC в своем отчете заявила, что Нигерия в настоящее время не занимается переработкой сырой нефти и поэтому корпорация распространяет в стране только импортные нефтепродукты.
Хотя бензин, произведенный кустарными нефтеперерабатывающими предприятиями, не проходит достаточно тщательных испытаний, чтобы удостоверить его соответствие каким-либо местным или международным установленным параметрам; это все еще смягчает эффект нехватки бензина. Импровизированные технологии используются кустарными нефтепереработчиками при переработке сырой нефти, через термический крекинг , в полезные продукты. Эти процедуры могут быть простыми и не очень безопасными, однако они могут быть эффективными. Нефтяные фракции, получаемые местными переработчиками, скептически называют «бункеровочной нефтью» или фальсифицированными продуктами. Местные инновации и изобретательность в использовании наших природных ресурсов должны цениться, регулироваться, а продукты должны оцениваться, если они соответствуют местным и международным требованиям. Также необходимо оценить уровень соответствия качества раздаваемых на территории образцов бензина для предотвращения загрязнения окружающей среды и выхода из строя двигателя. Согласно Vempatapu and Kanaujia (2017), физико-химические свойства, такие как профиль дистилляции, октановое число по исследовательскому методу (RON), октановое число по моторному топливу (MON) и давление паров по Рейду, часто используются для определения фальсификации и качества бензина. Именно поэтому данное исследование было разработано для сравнения физико-химических свойств обычного автомобильного бензина и бензина местной очистки и их соответствия стандартам ASTM.
Материалы и методы
Сбор проб
Пять проб кустарного рафинированного бензина (ARG) и обычного автомобильного бензина (RAG) были случайным образом отобраны в ручье Восточный Оболо и Мкпат-Энин, штат Аква-Ибом, дельта реки Нигер, Нигерия. Для отбора проб бензина использовали маркированные бутылки янтарного цвета (2,5 л) со стеклянными пробками. На каждой станции отбора проб бутыль с пробой промывалась отбираемой пробой бензина. Проба была помещена в бутыль для проб 9.0749 через носик дозатора, маркируется и транспортируется в лабораторию для обработки и анализа. Стандарты ASTM использовались в качестве эталонных стандартов, и все образцы анализировались в соответствии с методами испытаний ASTM.
Определение октанового числа по исследовательскому методу (RON) и моторного октанового числа (MON)
Образцы бензина, по 300 мл каждый, впрыскивались в карбюратор, включался датчик детонации, и селекторному клапану давали возможность работать в течение нескольких минут, чтобы достичь равновесия. Высота цилиндра показаний измерителя детонации была отрегулирована между 45 и 47 и, наконец, до 50 после определения уровня топлива для максимальной детонации. Исследовательское октановое число дало максимальный коэффициент детонации топлива и стандартную интенсивность детонации. Октановое число по исследовательскому методу определялось при низкой скорости вращения 600 об/мин, а моторное октановое число определялось при более высокой скорости вращения 9 об/мин.00 об/мин. Это было проведено в соответствии со стандартной процедурой ASTM-D2699 с использованием измерителя детонации модели ZX101C. Исследовательское октановое число было получено путем изменения сравнительного соотношения оцениваемого образца бензина до тех пор, пока не наблюдалась детонация в измерителе детонации. Смесь изооктана и н-гептана (94,20:5,8) использовалась для запуска двигателя до тех пор, пока двигатель снова не застучал. Тогда октановое число оцениваемого бензина составило 94,20.
Антидетонационный показатель был рассчитан с использованием:
Антидетонационный индекс (AKI)=R+M2
, где , R = октановое число по исследовательскому методу, M = октановое число по моторному методу (Надкарним Кишор Р. А., 2000).
Определение перегонки при атмосферном давлении
Определение начальной и конечной температуры кипения образцов бензина проводили с использованием установки перегонки при атмосферном давлении модели 11860-3U в соответствии со стандартным методом испытаний ASTM-D86 (ASTM, 2006b). Образец бензина (100 мл) добавляли в круглодонную колбу, содержащую гранулы, препятствующие вздутию. Включали дистилляционную машину и доводили температуру до 300°С. Температуру начала кипения (ТТК) образцов бензина регистрировали сразу после попадания первой капли бензина в мерный цилиндр. Температуру дистилляционной машины повышали, чтобы измерить конечную точку кипения (FBP). Также регистрировали температуру полного восстановления (TR).
Анализ давления паров по Рейду (RVP)
Анализ давления паров по Рейду для образцов проводили в соответствии с методом испытаний ASTM D323 с использованием анализатора давления паров по Рейду (модель P-700-1.00). Образец бензина (50 мл) вводили в машину давления паров Рейда и погружали в водяную баню давления паров Рейда. Температуру доводили до 38°С. Через 30 мин испаряли легкую фракцию пробы бензина и регистрировали давление выходящих паров.
Определение удельного веса (S.G) и плотности в градусах API
В мерном цилиндре (100 мл) взболтали небольшую часть испытуемого образца, высушили и добавили 50 мл испытуемого образца. Ареометр, калиброванный от 0,50 до 0,85, погружали в образец и регистрировали удельный вес (S.G). Кроме того, в мерный цилиндр вставляли термометр, регистрировали конечную температуру образца и корректировали до °F. Это было сделано в соответствии с методом испытаний ASTM D129.8 (АСТМ, 2006а). Плотность в градусах API была рассчитана по следующей формуле:
APIGravity=141,5S.G-131,5
Определение содержания серы
Содержание серы определяли с использованием метода никеля Ренея. Этот метод эффективен и дает надежные результаты (Hendsbee et al., 2006; Nejad and Miran Beigi, 2015), когда анализатор серы или оборудование для ИСП-ГХ-МС недоступны. Никель-алюминиевый катализатор в количестве 0,6 г отвешивали в перегонную колбу. Добавляли десять мл NaOH (2,5 н.), после чего смеси давали полностью прореагировать (интенсивная реакция). Реакционную смесь накрыли алюминиевой фольгой и оставили на ночь. В колбу для перегонки добавляли другой никель-алюминиевый катализатор, трижды промывали дистиллированной водой и промывали 10 мл изопропилового спирта для удаления всех проб воды. Навеску образца (100 мл) добавляли в колбу, запивая 10 мл ИПС. Колбу ставили на нагреватель и нагревали. В скруббер добавляли по пятнадцать мл ацетона и NaOH (1 н.) (Common Sulphur Test Methods, 2007). Через образец пропускали газообразный азот и оставляли для десульфурации в течение 20 минут. В скруббер, содержащий ацетон и 1 н. раствор NaOH, добавляли три капли дитизона до получения розового окрашивания. Через воронку в колбу вводили 10 мл HCl (1 н.) с последующим добавлением ацетата ртути до полного исчезновения окраски. Были сняты окончательные показания ацетата ртути (ASTM, 2008).
вес.% серы=A×TW
, где A = чистый объем ацетата ртути, T = значение титра ацетата ртути, W = вес образца в граммах.
Определение температуры вспышки
Температуры вспышки образцов определяли с помощью прибора для определения температуры вспышки (закрытая модель K16270) для верхней температуры и прибора для определения температуры застывания/помутнения (модель PP-F3B4) для нижней температуры в соответствии с Стандартная процедура ASTM-D86. Образец бензина (100 мл) помещали в круглодонную колбу, содержащую гранулы, препятствующие вздутию. Включали дистилляционную машину и доводили температуру до 300°С. Температуру начала кипения (ТТК) регистрировали сразу после попадания первой капли пробы в мерный цилиндр. Были определены температуры 10% ASTM D86 и температуры вспышки были рассчитаны с использованием уравнения, приведенного ниже.
1TFP=-0,014568-2,8497T1-1,903×10-3lnT1
где , T FP = температура вспышки (в закрытом тигле Пенски-Мартенса ASTM D93) бензина.
T 1 = температура 10 % по ASTM для бензина или нормальная температура кипения.
Следует отметить, что температура вспышки и температура 10% по ASTM для бензина измеряются в градусах Ренкина. 1R = 196,7F.
Результаты и обсуждение
Исследования Октановое число, Моторное октановое число и Антидетонационный индекс (AKI)
Среднее октановое число по исследовательскому методу (RON) RAG составляло 94,20% в пределах стандартного диапазона ASTM (ASTM D2700-19, 2019) (таблица 1). И наоборот, среднее исследовательское октановое число ARG было на 82,9% ниже минимального предела ASTM (таблица 2), что означает, что очищенный кустарным способом бензин может вызывать детонацию двигателя. Низкое октановое число ARG может быть результатом плохих рабочих условий очистки. Октановое число по исследовательскому методу и октановое число по моторному топливу используются для измерения октанового числа бензина. RON измеряет способность бензина детонировать или гудеть в двигателе. Стук — это металлический шум, возникающий в двигателе с искровым зажиганием при использовании бензина с низким октановым числом (Onyinye and Okoye, 2015). Октановое число бензина определяет склонность бензина сопротивляться преждевременному воспламенению при сжатии в цилиндре двигателя (David et al., 2018). Антидетонатор — это присадка к бензину, которая уменьшает детонацию двигателя за счет повышения октанового числа топлива. Это происходит за счет повышения температуры и давления самовоспламенения (Шит, 2011). Антидетонационный индекс (ANI) RAG и ARG составил 9.1,15 и 83,05 соответственно (табл. 2). Антидетонационный индекс представляет собой среднее значение RON и MON. В США требуется антидетонационный индекс 91 AKI или выше для бензина премиум-класса и 87 AKI для обычных бензиновых цилиндров (David et al., 2018). Бензин с более высоким показателем AKI приводит к более высокой экономии топлива автомобиля и лучшей производительности. Летучесть и октановое число бензина имеют первостепенное значение для определения качества бензина (Chikwe et al. , 2016). Алканы с прямой цепью имеют большую склонность к детонации по сравнению с алканами с разветвленной цепью. Антидетонаторы, такие как тетраэтилсвинец, действуют как ингибиторы цепи свободных радикалов и, таким образом, останавливают распространение взрывной цепи, тем самым уменьшая детонацию.
Таблица 1 . Исследуйте октановое число обычного автомобильного бензина (RAG) и кустарного рафинированного бензина (ARG).
Таблица 2 . Моторное октановое число для обычного автомобильного бензина (RAG) и бензина кустарной переработки (ARG).
Профиль перегонки при атмосферном давлении
Начальная температура кипения RAG составляла 48°C, что выше диапазона ASTM 35–39°C, в то время как конечная точка кипения RAG составляла 185°C, ниже диапазона ASTM из 195°–204°C (ASTM, 2006b) (табл. 3). Начальная температура кипения АРГ составляла 38°С и находилась в диапазоне 35–39°С по ASTM. Кроме того, конечная точка кипения ARG была на 184°C ниже диапазона ASTM 195–102°C (таблица 3). В аналогичном исследовании, проведенном (Onyinye and Okoye, 2015), были зарегистрированы 39 ± 0,817 и 204 ± 0,817°C для начальной и конечной точек кипения. Диапазон температур, в котором кипит бензиновая смесь, известен как профиль перегонки (David et al., 2018). Американский стандарт испытаний и материалов (ASTM) для бензина требует, чтобы извлечение 10 мл не превышало 60°C (таблица 3). Температура кипения 10 мл – это диапазон, при котором свеча зажигания впервые воспламеняется (Onojake et al., 2012). Точно так же, в соответствии с эталонным пределом ASTM, выход 50 мл и конечная точка кипения не должны превышать 110° и 19°.5°–204°С соответственно (табл. 3). По сравнению с эталонным пределом ASTM температура извлечения 10 мл RAG была на 71°C выше рекомендуемой 60°C (Таблица 3). Температура извлечения 10 мл ARG составляла 51°C в пределах контрольного предела. Кроме того, температуры извлечения 50 мл для RAG и LRG составляли 100° и 84°C соответственно и находились в пределах ASTM 110°C (таблица 3). Исследование также показало, что конечные температуры кипения RAG и ARG составляют 185° и 184°C соответственно и находятся в допустимых пределах ASTM (195°–204°С). Что касается перегонки при атмосферном давлении, RAG был немного фальсифицирован по сравнению с ARG. Это связано с тем, что температура извлечения 10 мл 71°C (таблица 3) превышала предел ASTM 60°C. RAG мог быть плохо рафинирован, фальсифицирован или плохо смешан (David et al., 2018).
Таблица 3 . Дистилляция при атмосферном давлении.
Давление паров по Рейду (RVP)
Давление паров по Рейду RAG составляло 0,53 кг/см 2 в пределах допустимого диапазона 0,45–0,60, рекомендованного Американским стандартом испытаний и материалов (таблица 4). Давление паров по Рейду (RVP) измеряет давление паров бензиновой смеси при температуре 100 градусов по Фаренгейту (°F) (David et al., 2018). Это мера летучести бензина при использовании в автомобильных двигателях. Высокое ДПР бензиновой смеси приводит к тому, что некоторые компоненты бензина улетучиваются при контакте с атмосферой (David et al. , 2018). Наоборот, ДВП LRG был 0,36 кг/см 2 ниже минимального предела ASTM 0,45 кг/см 2 (Таблица 4) (Чилингар и др., 2005). Peretomode (2018) в аналогичной работе сообщил, что RVP составляет 0,37–0,41 фунта на квадратный дюйм. Низкий RVP образцов ARG означает, что при использовании в автомобильном двигателе запуск двигателя при низких температурах может быть проблемой (David et al., 2018). Это также свидетельствует о том, что образец содержал тяжелую углеводородную фракцию, которая могла быть результатом плохих условий работы нефтеперерабатывающего завода или фальсификации (Onojake et al., 2013). В более жарком климате используются компоненты бензина с более высокой молекулярной массой и, следовательно, с более низким ДПР, очень высокое ДПР приводит к «паровым пробкам». Очень низкая RVP в холодном климате приводит к тому, что автомобильные двигатели не запускаются, а в жарком климате чрезмерная летучесть приводит к тому, что известно как «паровая пробка».
Таблица 4 . Давление паров по Рейду (RVP) (кг/см 2 ) при 37,8°C для RAG и LRG.
Удельный вес
Результаты определения удельного веса образцов обычного автомобильного бензина и бензина местной очистки представлены в Таблице 5. Удельный вес обычного автомобильного бензина составил 0,7708 в пределах диапазона ASTM 0,75–0,85. Что касается удельного веса, образцы RAG не будут представлять проблемы для пользователей. И наоборот, результат удельного веса бензина местной очистки составил 0,6832, что ниже минимального стандарта ASTM. Значения находятся в пределах приемлемого диапазона ASTM 0,75–0,85; это может привести к повреждению при использовании в автомобильном двигателе. Образцы бензина с удельным весом >0,75 будут иметь высокую скорость горения и, следовательно, потребуются в больших количествах. Это также может привести к полной детонации (стуку) двигателя с искровым зажиганием (Alang et al., 2018).
Таблица 5 . Удельный вес РАГ и АРГ.
Температура вспышки
Результаты температуры вспышки Пенски-Мартенса и Абеля-Пенского для РАГ составили –25° и –33°C соответственно (таблица 6). Точно так же температуры вспышки по Пенски (Мартенс и Абель-Пенски) для АРГ составляли -27° и -35,36°С соответственно. Температуры вспышки RAG и ARG были выше стандарта ASTM, равного −43°C (ASTM, 2007). Это означает, что исследуемые образцы бензина могут легко воспламениться, поскольку чем выше температура вспышки, тем выше скорость воспламенения и взрыва (Brandes and Möller, 2008). Это также означает, что исследуемые образцы бензина могут представлять опасность при хранении, обращении и транспортировке (Абдельхалик и др., 2018). Температура вспышки — это самая низкая температура жидкости, при которой пар образца воспламеняется в присутствии источника воспламенения и пламя распространяется по поверхности образца (Brandes and Möller, 2008; Abdelkhalik et al., 2018). ). Температура вспышки важна для безопасного обращения, хранения и транспортировки бензина.
Таблица 6 . Температура вспышки (Пенский Мартенс o С, Абель-Пенский в закрытом тигле o С) РАГ и АРГ.
Содержание серы
Содержание серы в исследуемых образцах обычного автомобильного бензина и бензина местной очистки составило 0,0143 и 0,0238% соответственно (табл. 7). Для сравнения, содержание серы в образцах бензина местной очистки было выше, чем в образцах обычного автомобильного бензина (ASTM D452-18a, 2018). Значения содержания серы в двух образцах бензина находились в допустимом диапазоне ASTM 0,0100–0,0500%. Европейские страны разрешают содержание серы в бензине до 0,001% (Assi, 2008). Уровни элементарной серы всего 2-3 мкг/г могут быть достаточными, чтобы вызвать коррозию элементов датчиков уровня из серебряного сплава в топливных баках. Кроме того, выбросы выхлопных газов от транспортных средств являются важными источниками вредных загрязнителей, таких как оксид серы (IV) (SO 2 ), образующийся при сгорании серосодержащих соединений в бензине. Оксид серы (IV) представляет собой кислый газ, связанный с опасностью для здоровья при вдыхании. Автомобильный бензин с низким содержанием серы рекомендуется из экологических соображений. Элементарная сера присутствует в бензине в основном в виде колец S8 с меньшим количеством S6 и S7 (Pauls, 2010).
Таблица 7 . Содержание серы в обычном автомобильном бензине (RAG) и кустарном очищенном бензине (ARG).
Сравнительные физико-химические свойства RAG и ARG приведены в Таблице 8. Результаты показывают значения различных физико-химических свойств обычного автомобильного бензина и бензина кустарной очистки по сравнению со стандартами ASTM. Способ увеличить или уменьшить значения RAG и ARG, чтобы они соответствовали ASTM и другим международным стандартам, заключается в строгом соблюдении стандартных процессов переработки нефти. Несоблюдение стандартных процессов очистки может быть причиной отклонения некоторых значений.
Таблица 8 . Резюме сравнительных физико-химических свойств РАГ и АРГ.
Заключение
Результаты этого исследования показали, что октановое число по исследовательскому методу, октановое число по моторному топливу, давление паров по Рейду, содержание серы и удельный вес обычного автомобильного бензина соответствовали спецификациям ASTM, в то время как начальная температура кипения и температура вспышки отклонялись от ASTM. диапазон. В кустарном рафинированном бензине только атмосферная перегонка и содержание серы соответствовали приемлемым стандартам ASTM. Октановое число по исследовательскому методу, октановое число по моторному топливу, давление паров по Рейду и удельный вес бензина местной очистки отличались от стандартов ASTM. Основываясь на этих выводах, очищенный кустарным способом бензин мог быть плохо очищенным или фальсифицированным и мог создавать проблемы в автомобильных двигателях при использовании. Качество кустарного бензина можно повысить за счет улучшения условий работы НПЗ и введения присадок к бензину. Нигерии необходимо развивать местные технологии, чтобы достичь самодостаточности в нефтяном секторе. Федеральное правительство должно принять законодательную базу для регулирования деятельности кустарных нефтеперерабатывающих заводов. Это обеспечит защиту окружающей среды, создаст доверие среди переработчиков, будет способствовать развитию местных технологий, а также обеспечит занятость и экономическую устойчивость.
Заявление о доступности данных
Необработанные данные, подтверждающие выводы этой статьи, будут предоставлены авторами без неоправданных оговорок.
Вклад авторов
Все перечисленные авторы внесли существенный, непосредственный и интеллектуальный вклад в работу и одобрили ее для публикации.
Конфликт интересов
IC работал в компании Nigerian National Petroleum Corporation.
Остальные авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Ссылки
Абдельхалик А., Эльсайед Х., Хассан М., Нур М., Шехата А. Б. и Хелми М. (2018). Использование методов термического анализа для определения температуры вспышки некоторых смазочных и базовых масел. Египет. Дж. Бензин. 27, 131–136. doi: 10.1016/j.ejpe.2017.02.006
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Addeh, E. (2020) Нигерийские нефтеперерабатывающие заводы не смогли произвести нефтепродукты за девять месяцев . Газета новостей этого дня.
Аланг, М.Б., Нди-контар, М.К., Сани, Ю.М., и Ндифон, П.Т. (2018) Характеристика синтеза биосмазки из косточкового масла камерунской пальмы с использованием базового катализатора местного производства из кожуры подорожника. Зеленый сустейн. Хим . 8, 275–287. doi: 10.4236/gsc.2018.83018
Полный текст CrossRef | Google Scholar
Асси, Р. (2008). Национальный семинар по поэтапному отказу от свинца. Объединенная национальная экологическая программа. Амман Джордан «Взаимосвязь между качеством бензина, октановым числом и окружающей средой».
ASTM (2006a). «Стандартный метод определения плотности, относительной плотности (удельного веса) или плотности в градусах API сырой нефти и жидких нефтепродуктов методом ареометра D1298», в Ежегодном сборнике стандартов ASTM , Vol. 05:01 (Западный Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International).
ASTM (2006b). «Стандартный метод испытаний для перегонки нефтепродуктов при атмосферном давлении D86», в Ежегодном сборнике стандартов ASTM , Vol. 05:01 (Западный Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International).
ASTM (2007 г.). «Стандартная спецификация для автомобильного бензина D439», в Annual Book of ASTM Standards , Vol. 01:05 (Западный Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International).
ASTM (2008). «Стандартный метод определения серы в бензине с помощью энергодисперсионной рентгенофлуоресцентной спектрометрии, D 4294», в Ежегоднике стандартов ASTM , том. 05:02.
ASTM D2700-19 (2019). Стандартный метод определения октанового числа моторного топлива для двигателей с искровым зажиганием 907:50 . Западный Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International.
ASTM D452-18a (2018). Стандартный метод определения плотности, относительной плотности и плотности в градусах API жидкостей с помощью цифрового плотномера. Западный Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International.
ASTM D975-07 (2007). Стандартные технические условия на дизельное топливо . Западный Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International.
Брандес, В., и Мёллер, В. (2008). «Характеристики безопасности» в Легковоспламеняющихся жидкостях и газах , Том. 1, 2nd Edn, ed Fachverlag NW in Cal Ed Schunemann KG (Бремерхафен: Wirtschaftsverlag NW), 1–8.
Чикве, Т. Н., Осуджи, Л. К., и Окойе, И. П. (2016). Разбавление ПМС (бензина) конденсатами: влияние на параметры обеспечения качества. J. Chem. соц. Нигерия 41, 113–117.
Google Scholar
Чилингарь Г.В., Буряковский Л.А., Еременко Н.А. (2005). Геология и геохимия нефти и газа , 1-е изд. Эльзевир.
Google Scholar
Общие методы испытаний серы (2007). Диапазон применимости и применимость класса топлива ASTM D975 .
Дэвид К., Тамм Г. Н., Девениш Д. Р. и Финельт Кальт А. Л. (2018). Анализ затрат на октановое число бензина . Управление энергетической информации США, Baker and O’Brien, Inc. 1333 West Loop South Suite 1350 Houston, Texas 77027.
Goodnews, MM, and Wordu, SA (2019). Анализ тенденций и возникающих факторов кустарной переработки в районе дельты реки Нигер в Нигерии. Междунар. Дж. Инновация. Экологичность человека. Нац. Стад. 7, 43–55.
Хендсби, Дж. А., Тринг, Р. В., и Дик, Д. Г. (2006). Никель Ренея для десульфурации бензина FCC. Дж. Кан. Бензин. Тех. 45, 1–4. doi: 10.2118/06-11-06
Полный текст CrossRef | Google Scholar
Надкарним Кишор, Р. А. (2000). Руководство по методам испытаний ASTM для анализа нефтепродуктов и смазочных материалов . Ист-Брансуик, Нью-Джерси: Millennium Analytics, Inc., 36–79. дои: 10.1520/MNL44-EB
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar
Неджад Ф. и Миран Бейги А. А. (2015). Эффективное обессеривание бензинового топлива с использованием экстракции ионной жидкостью в качестве дополнительного процесса к адсорбционному обессериванию. Пет. наука . 12, 330–339. doi: 10.1007/s12182-015-0020-2
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Онодзяке М.К., Атако Н. и Осудзи Л.К. (2013). Влияние фальсификации спирта Premium Motor (PMS) на автомобильные двигатели. Пет. науч. Технол . 31, 1–6. doi: 10.1080/106.2010.524466
CrossRef Full Text | Google Scholar
Оноджаке, М. К., Лео, К., и Осудзи Атако, Н. (2012). Поведенческие характеристики фальсифицированного Premium Motor Spirit (PMS). Египетская нефтяная компания Res. Институт 21, 135–138. doi: 10.1016/j.ejpe.2012.11.004
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Onyinye, I.C., и Okoye, NH (2015). Анализ автомобильного спирта премиум-класса (PMS), распространяемого в Метрополисе Лагоса, Нигерия. Ближний Восток J. Sci. Рез. 23, 1321–1326. doi: 10.5829/idosi.mejsr.2015.23.07.9434
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Pauls, RE (2010). Определение элементарной серы в бензине методом газовой хроматографии с инжекцией на колонке и пламенно-ионизационным детектированием после дериватизации трифенилфосфином. Ж. Хроматогр. наука . 48, 238–288. doi: 10.1093/chromsci/48.4.283
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Перетомоде, Э. Дж. (2018). Сравнительный анализ физико-химических свойств бензина, произведенного на местном нефтеперерабатывающем заводе в ручьях дельты Нигера и на государственной нефтеперерабатывающей компании в районе дельты Нигера в Нигерии. Азохете 14, 244–248.
Google Scholar
Sheet, EAE (2011). Новые антидетонационные присадки для повышения октанового числа бензина. Дж. Петролеум Рез. Стад. 3, 1–12.
Google Scholar
Vempatapu, B.P., and Kanaujia, P.K. (2017). Мониторинг фальсификации нефтяного топлива: обзор аналитических методов. Анализ тенденций. хим. 92, 1–11. doi: 10.1016/j.trac.2017.04.011
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ябраде М. и Тани Б. Г. (2016). Оценка воздействия кустарной переработки нефти на растительность и качество почвы: тематическое исследование юго-западной соли Уорри водно-болотных угодий штата Дельта, Нигерия. Рез. Дж. Окружающая среда. Токсикол . 10, 205–212. doi: 10.3923/rjet.2016. 205.212
Полный текст CrossRef | Google Scholar
Физические свойства бензина/спиртового автомобильного топлива (Конференция)
Физические свойства бензиновых/спиртовых автомобильных топлив (Конференция) | ОСТИ.GOVперейти к основному содержанию
- Полная запись
- Другие родственные исследования
Спирты, не полученные из нефти, являются вероятными кандидатами для использования в ближайшем будущем в качестве альтернативного автомобильного топлива. Низкомолекулярные спирты можно использовать отдельно или в сочетании с бензином, но любое использование имеет свой собственный уникальный набор преимуществ и недостатков. В этом отчете рассматриваются изменения физических свойств (как положительные, так и отрицательные), которые происходят при добавлении спиртов в бензин в качестве наполнителей топлива. Экспериментальные данные и обсуждение результатов охватывают четыре области физических свойств: водостойкость, давление паров, характеристики перегонки и октановое число. Спирты включают метанол, этанол, н-пропанол, изобутанол и синтетическое метиловое топливо. Были протестированы несколько дополнительных спиртов, но только в качестве сорастворителей бензин/метанол. Основная цель исследования физических свойств состояла в том, чтобы определить взаимозависимость между переменными, которые ответственны за значительные изменения свойств, чтобы, по возможности, свойства бензина/спирта можно было оценить по составу смеси. Тенденции также обсуждаются с точки зрения общего влияния системных переменных.
- Авторов:
- Кокс, FW
- Дата публикации:
- Исследовательская организация:
- Министерство энергетики, Бартлсвилль, Оклахома (США).
Центр энергетических технологий Бартлсвилля
- Идентификатор ОСТИ:
- 6107777
- Номер(а) отчета:
- КОНФ-7-4
- Тип ресурса:
- Конференция
- Отношение ресурсов:
- Конференция: 3. Международная технология спиртового топлива, Асиломар, Калифорния, США, 28 мая 1979 г.
- Страна публикации:
- США
- Язык:
- Английский
- Тема:
- 33 УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ ДВИГАТЕЛИ; ГАЗОН; ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА; ПРОТИВОДЕТОНАЦИОННЫЕ ОЦЕНКИ; БУТАНОЛЫ; ДИСТИЛЛЯЦИЯ; ЭТИЛОВЫЙ СПИРТ; МЕТАНОЛ; ПРОПАНОЛЫ; ДАВЛЕНИЕ ГАЗА; АЛКОГЛИ; ТОПЛИВО; ГИДРОКСИЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ; ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ; ПРОЦЕССЫ СЕПАРАЦИИ; ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА; 330800* — Контроль выбросов — альтернативные виды топлива
Форматы цитирования
- MLA
- АПА
- Чикаго
- БибТекс
Cox, F W. Физические свойства автомобильного бензина/спирта . США: Н. П., 1979.
Веб.
Копировать в буфер обмена
Cox, F W. Физические свойства автомобильного бензина/спирта . Соединенные Штаты.
Копировать в буфер обмена
Кокс, Ф.В. 1979.
«Физические свойства бензиновых/спиртовых автомобильных топлив». Соединенные Штаты. https://www.osti.gov/servlets/purl/6107777.
Копировать в буфер обмена
@статья{osti_6107777,
title = {Физические свойства бензина/спиртового автомобильного топлива},
автор = {Кокс, Ф.В.},
abstractNote = {Спирты, полученные не из нефти, являются вероятными кандидатами на использование в ближайшем будущем в качестве альтернативного автомобильного топлива. Низкомолекулярные спирты можно использовать отдельно или в сочетании с бензином, но любое использование имеет свой собственный уникальный набор преимуществ и недостатков. В этом отчете рассматриваются изменения физических свойств (как положительные, так и отрицательные), которые происходят при добавлении спиртов в бензин в качестве наполнителей топлива. Экспериментальные данные и обсуждение результатов охватывают четыре области физических свойств: водостойкость, давление паров, характеристики перегонки и октановое число. Спирты включают метанол, этанол, н-пропанол, изобутанол и синтетическое метиловое топливо. Были протестированы несколько дополнительных спиртов, но только в качестве сорастворителей бензин/метанол. Основная цель исследования физических свойств состояла в том, чтобы определить взаимозависимость между переменными, которые ответственны за значительные изменения свойств, чтобы, по возможности, свойства бензина/спирта можно было оценить по составу смеси. Тенденции также обсуждаются с точки зрения общего влияния системных переменных. },
дои = {},
URL-адрес = {https://www.osti.gov/biblio/6107777},
журнал = {},
номер =,
объем = ,
место = {США},
год = {1979},
месяц = {1}
}
Копировать в буфер обмена
Просмотр конференции (1,64 МБ)
Дополнительную информацию о получении полнотекстового документа см. в разделе «Доступность документа». Постоянные посетители библиотек могут искать в WorldCat библиотеки, в которых проводится эта конференция.
Экспорт метаданных
Сохранить в моей библиотеке
Вы должны войти в систему или создать учетную запись, чтобы сохранять документы в своей библиотеке.
Аналогичных записей в сборниках OSTI.GOV:
- Аналогичные записи
Что было выпущено? Оценка физических свойств и химического состава нефти и продуктов сжигания нефти
Что было выпущено? Оценка физических свойств и химического состава нефти и продуктов сжигания нефти
Юрген Руллькеттер , Джон В.
Фаррингтон@статья{статья, автор = {Юрген Руллькеттер |
Институт химии и биологии морской среды, Ольденбургский университет им. Карла фон Осецкого, Ольденбург, Германия
и Джон В. Фаррингтон |Кафедра морской химии и геохимии, Океанографический институт Вудс-Хоул, Вудс-Хоул, Массачусетс, США
}, title = {Что было выпущено? Оценка физических свойств и химического состава нефти и продуктов сжигания нефти}, журнал = {океанография}, год = {2021}, месяц = {март}, примечание = { Серьезность разливов нефти зависит от количества разлитого материала и его физических и химических свойств. Общее количество нефти, разлитой во время аварии на платформе Deepwater Horizon, и относительные доли классов химических соединений в нефти Макондо были получены путем измерений, наблюдений и модельных расчетов со значительной степенью неопределенности. Поскольку нефть представляет собой чрезвычайно сложную смесь многих тысяч или более газообразных, жидких и твердых компонентов, полное определение их состава на молекулярном уровне невозможно с помощью доступных в настоящее время аналитических методов. В этом документе рассматривается опубликованная работа по широко используемым аналитическим методам и указывается, что различные подходы ученых к исследовательским вопросам и предпочтениям в отношении методов анализа представляют собой источник неопределенности. Кроме того, основное внимание уделяется двум техническим достижениям, разработанным за последние два десятилетия, а именно двумерной газовой хроматографии и масс-спектрометрии с ионно-циклотронным резонансом с преобразованием Фурье. Оба были особенно ценны при анализе разлитой нефти Макондо и продуктов ее выветривания. Среди различных процессов изменения исходной нефти в этой статье рассматривается только сжигание нефти на месте. Этот обзор показывает скудость данных об этом процессе смягчения последствий и указывает на необходимость более систематической координации методов исследований сгоревшего масла.
В 2010 году в результате локальных операций по сжиганию на месте в Мексиканском заливе образовался большой столб дыма. Перепечатано из Gullett et al. (2016), Graphical Abstract, с разрешения Elsevier. > Фигура высокого разрешения |
ТЫ — ДЖУР AU — Юрген Руллькеттер |
Институт химии и биологии морской среды, Ольденбургский университет им. Карла фон Осецкого, Ольденбург, Германия
и Джон В. Фаррингтон |Кафедра морской химии и геохимии, Океанографический институт Вудс-Хоул, Вудс-Хоул, Массачусетс, США
ПГ — 2021 TI — Что было выпущено? Оценка физических свойств и химического состава нефти и продуктов сжигания нефти Джо — Океанография ВЛ — 34 УР — https://doi.org/10.5670/oceanog.2021.116 Скорая помощь —Перейти к
Аннотация статьи Полный текст Цитата использованная литература Авторское право и использованиеСтатья Аннотация
Серьезность разливов нефти зависит от количества выброшенного материала и его физических и химических свойств. Общее количество нефти, разлитой во время аварии на платформе Deepwater Horizon, и относительные доли классов химических соединений в нефти Макондо были получены путем измерений, наблюдений и модельных расчетов со значительной степенью неопределенности. Поскольку нефть представляет собой чрезвычайно сложную смесь многих тысяч или более газообразных, жидких и твердых компонентов, полное определение их состава на молекулярном уровне невозможно с помощью доступных в настоящее время аналитических методов. В этом документе рассматривается опубликованная работа по широко используемым аналитическим методам и указывается, что различные подходы ученых к исследовательским вопросам и предпочтениям в отношении методов анализа представляют собой источник неопределенности. Кроме того, основное внимание уделяется двум техническим достижениям, разработанным за последние два десятилетия, а именно двумерной газовой хроматографии и масс-спектрометрии с ионно-циклотронным резонансом с преобразованием Фурье. Оба были особенно ценны при анализе разлитой нефти Макондо и продуктов ее выветривания. Среди различных процессов изменения исходной нефти в этой статье рассматривается только сжигание нефти на месте. Этот обзор показывает скудость данных об этом процессе смягчения последствий и указывает на необходимость более систематической координации методов исследований сгоревшего масла.
В 2010 году в результате локальных операций по сжиганию на месте в Мексиканском заливе образовался большой столб дыма.Перепечатано из Gullett et al. (2016), Graphical Abstract, с разрешения Elsevier. > Фигура высокого разрешения |
Полный текст
Значение разлива нефти на платформе Deepwater Horizon (DWH) связано с огромным количеством неконтролируемой утечки нефти из нефтяного резервуара Макондо — это крупнейший инцидент такого рода в истории. Рассмотрение полного воздействия сбрасываемой нефти на флору и фауну Мексиканского залива, прибрежные районы и здоровье человека требует учета как количества, так и химического состава сбрасываемых материалов.
В этом документе рассматриваются оценочные объемы первоначальной нефти, выброшенной из поврежденного устья скважины DWH на дне Мексиканского залива, а также физические свойства и химический состав нефти, выброшенной в окружающую среду. Сложность нефти сама по себе является препятствием для проведения анализа, с которым может согласиться каждый. Исследователи используют различные предпочитаемые ими методы с сопутствующими дополнительными проблемами и неопределенностями.
Продукты, образующиеся в результате сжигания нефти в качестве специальной меры при ликвидации разливов нефти, являются вторым аспектом данного обзора; в других статьях этого специального выпуска исследуется использование диспергаторов (Quigg et al., 2021) и изменение исходной нефти физическими (например, испарение, растворение), химическими (например, фотоокисление солнечным светом на поверхности воды), и биологические процессы (микробная трансформация и деградация), которые в совокупности называются выветриванием (Farrington et al. , 2021).
Нефть образуется из остатков (в основном) растительной биомассы в мелкозернистых отложениях, давно отложившихся в водной среде в условиях низкого содержания кислорода. При постепенном заглублении отложения уплотняются в нефтематеринские породы, как правило, на глубине в несколько тысяч метров. В течение миллионов лет органический материал в этих породах трансформируется в газ и нефть под действием геотермального теплового потока. Повышение давления из-за превращения твердого материала в газы и жидкости вытесняет эти продукты из материнских пород в более пористые несущие породы. Затем нефть мигрирует вверх, потому что ее плотность ниже плотности поровых вод. Когда он достигает горной породы, изолированной сверху непроницаемой покрывающей породой (например, аргиллитом или солью), он скапливается в глубоком пласте (например, Tissot and Welte, 19).84; Хант, 1996; Велте и др., 1997; Овертон и др., 2016).
Нефть представляет собой чрезвычайно сложную смесь многих тысяч, если не миллионов отдельных компонентов на молекулярном уровне. В нефтяной промышленности нефть — это собирательный термин, включающий газообразные (природный газ), жидкие (сырая нефть) и твердые (асфальт) компоненты. Из-за эффектов совместного растворения и повышенных температур нефть обычно существует в резервуарах в виде одной или двух фаз (газа и жидкости).
Физические свойства
Наиболее распространенными физическими свойствами, используемыми для описания нефти, являются диапазоны плотности, вязкости и температуры кипения. Плотность сырой нефти обычно выражается в единицах плотности API (Американский институт нефти), которая обратно пропорциональна удельной плотности. Вязкость, мера внутреннего сопротивления жидкости течению при данной температуре и давлении, зависит от химического состава нефти, в том числе от количества содержащегося в ней растворенного газа. В нефтедобывающей промышленности (т. е. на нефтеперерабатывающих заводах) используются характеристики точки кипения сырой нефти для производства дистилляционных фракций (фракций) с определенными диапазонами кипения, каждая из которых содержит смесь различных типов химических соединений. Эти фракции после дальнейшей очистки представляют собой нефтяные фракции, известные как бензин, керосины (реактивное топливо), мазуты и другие.
Широкая классификация нефти включает легкую или тяжелую нефть в зависимости от вязкости или плотности в градусах API ( Таблица 1 ). Согласно этой схеме, нефть Макондо плотностью 40° API, разлитая в Мексиканском заливе в 2010 г., является легкой нефтью, обедненной серой (<0,5% мас.; «сладкая»; Reddy et al., 2012).
| Таблица 1. Классификация масел по диапазонам плотности API с несколькими примерами из разных источников. Для сравнения, плотность воды в градусах API составляет 10°. > Таблица высокого разрешения |
Химический состав – общие аспекты
Анализ разлитой нефти с точки зрения ее происхождения и трансформации физическими (испарение, растворение) или (био)химическими (фотоокисление, микробное окисление, выборочное включение в биомассу или другие формы метаболизма) в большинстве случаев ориентируется на его химический состав, а не на его физические свойства. Обычная стратегия, применяемая в качестве первого шага после выпаривания наиболее летучих компонентов (отбензинивания), заключается в разделении сложной смеси масляных компонентов на классы соединений по полярности с помощью жидкостной хроматографии с различными адсорбентами на тонкослойных пластинах в гравитационных колонках. или с помощью жидкостной хроматографии среднего давления или высокоэффективной жидкостной хроматографии. Обычно получаемые классы соединений представляют собой насыщенные углеводороды (алканы), ароматические углеводороды (включая некоторые гетероароматические соединения), смолы и асфальтены (SARA). Насыщенные соединения, ароматические соединения и смолы составляют одну фракцию растворимости, в совокупности называемую «мальтенами». Они растворимы в алкановых растворителях (чаще всего n -пентан или n -гептан), а асфальтены выделяют осаждением алкановым растворителем (нерастворимость). Дальнейшие подфракции можно получить, используя ряд более сложных методов (например, Peters et al. , 2005a).
Алкан ( Рисунок 1 ) является синонимом насыщенного углеводорода (т. е. химического соединения, которое содержит только углерод и водород и не имеет двойных связей или ароматических звеньев). Алканы могут быть прямыми цепями CH 2 группы с метильными (СН 3 ) группами на конце ( н -алканы). Они могут иметь одну или несколько алкильных боковых цепей (разветвленные и изопреноидные алканы) или содержать одно кольцо или несколько колец (циклические и полициклические алканы). Некоторые полициклические насыщенные алканы, такие как (тетрациклические) стераны и пентациклические тритерпаны, классифицируются как биомаркеры. Их присутствие и относительное количество, а также их замечательная устойчивость к атмосферным воздействиям позволяют использовать их в качестве «отпечатков пальцев» для получения информации о происхождении сырой нефти и различения сырой нефти из разных источников (основные сведения и обзоры см., например, в Mackenzie, 19). 84; Брокс и Пирсон, 2005 г.; Питерс и др., 2005b; Гейнс и др., 2009 г.; Брокс и вызов, 2014 г .; Стаут и Ван, 2018). Биомаркеры (также называемые биологическими маркерами, молекулярными окаменелостями, ископаемыми молекулами или геохимическими окаменелостями) представляют собой органические соединения в природных водах, отложениях, почвах, окаменелостях, сырой нефти или угле, которые могут быть однозначно связаны с конкретными молекулами-предшественниками, биосинтезируемыми живыми организмами. Основная причина этой специфичности заключается в том, что связи с четырьмя соседними атомами (углерод или водород) ориентированы стерически (тетраэдрически). Таким образом, кольца не плоские, как в ароматических углеводородах, а имеют (иногда слегка перекошенную) трехмерную конфигурацию стула или лодочки. Биосинтез приводит к специфической стерической ориентации ряда связей в биомаркерах (хиральные центры, оптическая активность). Ориентация некоторых из этих хиральных центров изменяется во время геотермической трансформации органического вещества в нефтематеринских породах (стереоизомеризация) в термодинамически более стабильные виды, что дает ключ к разгадке геотермической истории (созревания) органического вещества.
| Рисунок 1. Примеры распространенных биомаркеров насыщенных углеводородов и порфирина никеля в сырой нефти. > Фигура высокого разрешения |
Ароматические углеводороды ( Рисунки 2 и 3 ) содержат одну или несколько гексагональных шестиуглеродных кольцевых структур с эквивалентом трех сопряженных двойных связей; на самом деле электроны не локализованы в трех отдельных связях, а распределены между шестью атомами углерода. Вследствие особого типа связи ароматические углеводороды плоские. В гетероароматических соединениях атом углерода в шестичленном кольце заменен атомом азота (например, пиридиновые соединения). Другие содержащие гетероатомы соединения в нефти имеют атом серы, азота или, реже, атом кислорода в сопряженном пятичленном кольце, отдельно или рядом с одним или несколькими ароматическими кольцами. Эти классы соединений известны как тиофеновые (сера), пирроловые (азот) или фурановые (кислород). Термин «ароматический» происходит от того факта, что многие встречающиеся в природе соединения, содержащие ароматические кольца, имеют характерный запах. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) имеют два или более конденсированных ароматических кольца и могут быть довольно большими. ПАУ встречаются в нефти и образуются при неполном сгорании органического вещества. Они являются обычными загрязнителями воздуха и воды. Они могут быть токсичными, канцерогенными или мутагенными и относительно стойкими в окружающей среде. В то время как большинство ароматических углеводородов в нефти несут один или несколько алкильных заместителей (метильные группы или более длинные алкильные цепи, такие как в алкилированных гомологах нафталина, фенантрена, дибензотиофена, флуорена и хризена; Рисунок 2 ), продуктами неполного сгорания являются преимущественно незамещенные (исходные) ПАУ ( Рисунок 3 ; недавний обзор см. Yang et al., 2014). В этом отношении ароматический углеводородный состав нефти отличается от состава продуктов неполного сгорания, например нефти, сжигаемой при ликвидации разливов.
| Рисунок 2. Примеры структур алкилированных ароматических углеводородов, биомаркеров ароматических углеводородов и алкилированных гетероциклических ароматических углеводородов в сырой нефти. > цифра 9 в высоком разрешении1200 |
| Рисунок 3. Шестнадцать исходных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) Агентства по охране окружающей среды США плюс бензо[ j ]флуорантен и бензо[ e ]пирен. > Фигура высокого разрешения |
Смолы (также называемые гетеросоединениями или N,S,O-соединениями) представляют собой наиболее полярные фракции мальтенов, получаемые жидкостным хроматографическим разделением сырой нефти. Точная химическая структура большинства отдельных компонентов плохо определена, но повышенная полярность фракции смолы обусловлена присутствием гетероатомов, таких как азот, сера, кислород и металлы (как в петропорфиринах; 9).0009 Рисунок 1 ), а также больший молекулярный размер многих соединений. Фракции смол обычно подробно не анализируют, но их относительные пропорции определяют гравиметрически.
Асфальтены, наиболее полярная фракция сырой нефти, могут извлекаться из осадочных пород, богатых органическим веществом, полярными растворителями в составе общего экстракта (битума). Они определяются по их нерастворимости в алкановых растворителях (например, n -пентане или n -гептане), но растворимости в ароматических растворителях (например, бензоле или толуоле). По химическому составу (в частности, по размеру и полярности молекул) асфальтены занимают промежуточное положение между смолами и керогеном — нерастворимым высокомолекулярным органическим веществом нефтематеринских пород. Представления о возможных молекулярных структурах асфальтенов встречаются в литературе, но носят весьма гипотетический характер (например, Руллкеттер и Михаэлис, 1990; Сноудон и др., 2016). Асфальтены получают осаждением раствора сырой нефти в небольшом количестве полярного растворителя с последующим добавлением избытка неполярного растворителя ( н -пентан или н -гептан) перед жидкостным хроматографическим разделением. Выходы зависят от растворителя (т. е. менее полярный растворитель н -пентан дает большее количество асфальтенов, чем несколько более полярный н -гептан). Таким образом, все эти субфракции сырой нефти определяются методами их разделения, а также их химической природой.
Количество нефти и газа, выброшенных во время разлива нефти на платформе Deepwater Horizon
Количественное количество нефти и газа, выброшенных за 87-дневный период после аварии на ГВС из коллектора среднемиоценового турбидитного песка в каньоне Миссисипи, блок 252 (MC252), было не просто. Это потребовало сочетания измерений, расчетов и математического моделирования. Согласно информации, представленной в обзоре Kujawinski et al. (2020), из пробитой скважины было выброшено 530 000 тонн нефти (определяется как углеводороды с шестью или более атомами углерода, которые являются жидкими при атмосферном давлении). Кроме того, 170 000 тонн природного газа (углеводородов с пятью или менее атомами углерода, которые являются газами при атмосферном давлении) ушло вблизи морского дна, на глубину 1 500 м под высоким давлением и с температурой около 100°C, в вышележащие холода. водяного столба (Reddy et al., 2012; обратите внимание, что эти количества являются приблизительными, и в других источниках можно найти немного другие цифры; согласно Lee et al., 2018, в январе 2015 года федеральный суд постановил, что «BP несет ответственность за за 3.19млн баррелей сырой нефти, просочившейся в Мексиканский залив).
«Живая нефть», технический термин, используемый в нефтяной промышленности для пластовой смеси газообразных и жидких компонентов нефти, подверглась воздействию сразу после ее выброса из-за изменения давления и температуры. Обширное растворение, в частности, газообразных углеводородов в глубоком море (Kessler et al., 2011; Valentine et al., 2010) произошло в подповерхностном шлейфе на глубине около 1100 м. Таким образом, согласно Reddy et al. (2012), различия в расчетах общего количества нефти, выпущенной различными исследователями, скорее всего, связаны с различными предполагаемыми отношениями газа к нефти (ГФ). Эти разные предположения, в свою очередь, связаны с различиями в составе проб, на которые в разной степени повлияли процессы растворения (например, см. различия в ГФ двух проб в Таблица 2 ).
| Таблица 2. Состав углеводородных газов (от C 1 до C 5 ) и пробы нефти MW-1, отобранной из скважины Макондо 21 июня 2010 г. (Reddy et al., 2012), и сравнение концевые элементы газа, оцененные по полевым данным, собранным Valentine et al. (2010). > Фигура высокого разрешения |
Остаток нефти достиг поверхности моря, где 140 000–200 000 тонн летучих соединений (летучесть примерно до n -гексадекан) испарялись в атмосферу в течение 3–10 ч после всплытия (Gros et al., 2017; Ryerson et al., 2012; Drozd et al., 2015) и распространялось 330–360 000 тонн менее летучих соединений. более 11 000 ± 5 000 км 2 (Ryerson et al., 2012; Drozd et al., 2015; McDonald et al., 2015; Gros et al., 2017), достигая в общей сложности 2000 км береговой линии вдоль пяти заливов штаты Мехико (Nixon et al., 2016). Приблизительно 2-20% от общего количества выброшенных углеводородов отложилось на морском дне (Passow and Stout, 2020), в основном в виде нефтяных остатков. В связи с катастрофой 2,9миллион и 4,1 миллиона литров химических диспергаторов были применены на устье скважины вблизи морского дна и на поверхности моря, соответственно (Lehr et al., 2010). В этих усилиях по улавливанию нефти в морских глубинах и уменьшению количества нефтяных пятен на поверхности использовалось большее количество диспергентов, чем при любом другом известном применении в истории (дополнительную информацию о диспергентах см. в Quigg et al., 2021, в этом выпуске). В целом, непреднамеренный выброс нефти DWH и его смягчение были беспрецедентными практически по всем показателям аварий с разливом нефти в море, в том числе с точки зрения объема и масштаба выброса углеводородов, глубины сброса и применения поверхностных и подземных диспергентов. Только связанное с войной преднамеренное уничтожение нефтяных сооружений во время иракского вторжения в Кувейт вблизи Аравийско-Персидского залива в 1990 выбросило в океан больше нефти (Tawfiq and Olsen, 1993).
Физические свойства и химический состав нефти Макондо
Капли нефти, выброшенные во время разлива нефти Макондо, относятся к трем категориям размеров, каждая из которых имеет разную плавучесть, но с перекрывающимся химическим составом (Ryerson et al., 2012). Капли нефти диаметром более 0,3 мм обладали достаточной плавучестью, чтобы подняться на поверхность океана менее чем за четыре часа (Ryerson et al., 2012), перенеся смесь растворимых и нерастворимых соединений, некоторые из которых улетучились в атмосферу (Ryerson et al. ., 2011; де Гоу и др., 2011). Капли среднего размера (0,1–0,3 мм) поднимались медленнее (время подъема менее 10 ч), и их поведение было очень чувствительным к исходному составу нефти и динамике выделения. Например, умеренно растворимые углеводороды, такие как толуол, ксилол, нафталин, циклопентан и метилциклопентан, распределяются в водной фазе из капель всех размеров в зависимости от времени экспозиции капель и отношения площади поверхности к объему, а также их относительного концентрации в нефти (Ryerson et al., 2012). Напротив, капли размером менее 0,1 мм и растворимые газы (метан, этан, пропан) не обладают плавучестью, чтобы подниматься после внедрения в глубоководные интрузии, хотя степень растворения углеводородов невозможно измерить из-за проблем с отделением капель нефти от окружающей воде (Ryerson et al., 2012). Значительная часть высвободившейся нефти и газа (по массе) осталась в глубоководных интрузиях из-за относительно высокой доли газов в выбросе ГВТ. Тем не менее, снижение концентрации выбрасываемых углеводородов на поверхности моря было первоочередной задачей при ликвидации последствий разлива DWH. Таким образом, ликвидаторы решили преобразовать более крупные и быстро поднимающиеся капли нефти в мелкие капли, которые останутся в глубоководных слоях моря, применив химические диспергаторы непосредственно на выходе у морского дна.
Овертон и др. (2016), Kujawinski et al. (2020) и Ольденбург и соавт. (2020) включили объемную и молекулярную информацию о нефти Макондо в свои обзоры химического анализа исходной и преобразованной нефти, разлитой во время инцидента с DWH в середине и ближе к концу Инициативы по исследованиям в Мексиканском заливе (GoMRI) соответственно. Было определено, что проба нефти, взятая непосредственно над скважиной Макондо во время выброса («живая нефть»; , таблица 2, ), имеет газовый фактор 1600 стандартных кубических футов на баррель нефти (Reddy et al., 2012). Валентайн и др. (2010) и Редди и соавт. (2012) сообщили, что газ состоит в основном из метана (87,5% и 82,5% соответственно) и меньшего количества этана (содержание чуть выше 8%) и пропана (около 5%). 9Содержание стабильных изотопов 0280 13 C и 2 H увеличивалось с увеличением числа атомов углерода в газах ( Таблица 2 ), что указывает на образование углеводородов из зрелого органического вещества в нефтематеринской породе (см. Sherwood Lollar et al., 2002). Редди и др. (2012) оценили нефть Макондо как легкую нефть (плотность API 40° с плотностью 820 г л -1 ), тогда как Daling et al. (2014) сообщили, что нефть, собранная с помощью инструмента для вставки райзера (RITT) на буровом судне Discoverer Enterprise 22 мая 2010 г. имел плотность 833 г л -1 , температуру застывания -27°C и межфазное натяжение 20 мН·м -1 (миллиньютонов на метр). Начальная вязкость масла макондо оценивалась как 3,9 сП при 32°C (Daling et al., 2014). Относительное распределение групп соединений пиррольного класса гетероатомов N1, а именно, эквивалент двойной связи (ДБЭ) 9 (алкилированные карбазолы), ДБЭ 12 и ДБЭ 15 (алкилированные бензо- и дибензокарбазолы соответственно), как установлено Ольденбургом и соавт. (2014) указали уровень зрелости 0,9% эквивалента отражения витринита (%R e ) для масла Макондо. Это согласуется с %R c , равным 0,94, рассчитанным по метилфенантреновому индексу 1 (MPI-1; Radke and Welte, 1983) на основе относительных концентраций ПАУ, показанных на рисунках 2 и 3 в работе Overton et al. (2016). Оба значения делают нефть Макондо умеренно зрелой вблизи пика нефтеобразования, что согласуется с составом стабильных изотопов газов ( Таблица 2 ).
Редди и др. (2012) обнаружили, что в небиоразлагаемом масле макондо преобладают насыщенные углеводороды (74%), за которыми следуют ароматические углеводороды (16%), а неуглеводородная (полярная) фракция составляет 10%. Авторы сообщили, что поддающаяся ГХ-МС композиция масла макондо (C 5 до C 38 насыщенные и ароматические углеводороды) преобладали разветвленные алканы (26%), за ними следовали циклоалканы (16%) и n -алканы (15%), а также такие ароматические соединения, как алкилбензолы и индены. (9%) и полициклические ароматические углеводороды (4%). Поддающееся анализу ГХ-МС содержание компонентов полярной нефти составляло 10 % (например, дибензотиофены), при этом содержание элементов серы и азота в масле Макондо оценивалось как 0,4 % каждого.
Масс-хроматограммы биомаркеров насыщенных углеводородов в нефти Макондо (Overton et al., 2016) демонстрируют типичную картину распределения термостабильных 17α-гопанов ( m/z 191, отображаемый в диапазоне псевдогомологов от C 27 до C 33 ) и стеранов ( m/z 217), что указывает на генерацию из источника с обломочной породой (из-за значительного количества диастераны или перегруппированные стераны; например, Mello et al., 1988) и умеренная зрелость масла (на основании количества 5α,14β,17β- по отношению к 5α,14α,17α-стеранам; Mackenzie, 1984; Seifert and Moldowan , 1986). Модели распределения ПАУ, помимо умеренных количеств соответствующих исходных углеводородов, демонстрируют заметный ряд алкилнафталинов, за которыми в изобилии следуют алкилфенантрены, алкилдибензотиофены, алкилпирены и алкилхризены (Overton et al. , 2016).
Поскольку только очень небольшой процент неуглеводородной (полярной) фракции поддается ГХ из-за высоких температур кипения, масс-спектрометрия с ионным циклотронным резонансом с преобразованием Фурье (FT-ICR MS) была предпочтительным аналитическим методом для изучения этого масляная фракция. Маккенна и соавт. (2013) охарактеризовали более 30 000 кислотных, основных и неполярных уникальных нейтральных элементных составов компонентов сырой нефти Макондо (см. ниже). Однако, хотя некоторые химические характеристики этих соединений известны, точная химическая структура еще не выяснена. Это вызов, идущий вперед.
Аналитические методы анализа проб разливов нефти
Проблема анализа сырой нефти любого происхождения, природной или измененной, возникает из-за сложности этого субстрата на молекулярном уровне. Предпринимавшиеся много десятилетий назад попытки провести полную инвентаризацию всех составляющих нефти (Rossini, Mair, 1959; Smith, 1968) оказались иллюзорными. Задача состоит в том, чтобы упростить смесь путем фракционирования, а затем найти в этих фракциях характерные компоненты высокой значимости, такие как биологические маркеры в качестве индикаторов происхождения или выбранные ПАУ в качестве индикаторов источника и/или токсичности. Уайт и др. (2016a) представили полезный обзор аналитической химии, использованной для изучения нефти Макондо, и образцов, взятых для изучения судеб и процессов воздействия. Мы представляем краткий обзор и обновленную информацию о том, что было изучено после этого обзора.
При фракционировании используется «мертвая нефть» (т. е. наиболее летучие компоненты испаряются таким образом, чтобы они не мешали гравиметрическому определению пропорций разделенных фракций). Процесс начинается с удаления асфальтенов (как описано ранее), которые в противном случае могут осаждаться во время хроматографии и ухудшать эффективность разделения.
Колоночная хроматография, метод разделения смесей органических соединений, включающий растворение смесей в подвижной фазе и пропускание их через колонку, заполненную неподвижной фазой. Соединения в смеси имеют разное сродство к подвижной и неподвижной фазам. Они адсорбируются на неподвижной фазе, а затем, когда подвижная фаза проходит через колонку, отделяются, последовательно высвобождаются и собираются. Время пребывания соединения в колонке зависит от неподвижной и подвижной фаз, а также от его температуры кипения, размера молекулы, формы молекулы и полярности. Колоночная хроматография относится к использованию вертикальной стеклянной колонки, заполненной силикагелем или оксидом алюминия, в качестве стационарной фазы; органический растворитель, капающий в верхнюю часть колонны, в качестве подвижной фазы; медленная перколяция через колонку под действием силы тяжести; и отдельные группы соединений, собранные по мере их вытекания со дна. В более общем смысле тонкослойная хроматография (ТСХ), жидкостная хроматография среднего давления (МЖХ), высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) и препаративная газовая хроматография (препаративная ГХ) представляют собой формы хроматографического разделения с различными стационарными и мобильными фазы (например, Vitha, 2016). За этим начальным этапом иногда следует дальнейшее фракционирование, включая разделение линейных, разветвленных и циклических насыщенных углеводородов путем присоединения (тио)мочевины или применения цеолитов с различными размерами пор (например, Peters et al., 2005a) или путем разделения ароматических углеводородов на классы с разным числом колец (например, Radke et al., 1984).
Даже после фракционирования идентификация отдельных компонентов сырой нефти и родственных веществ не является простой задачей. Прорывом 1970-х годов стала разработка капиллярных колонок длиной в несколько десятков метров, покрытых внутри различными типами силиконового масла в качестве стационарных фаз. Вскоре после этого последовало строительство устройств для подключения таких колонок к быстросканирующим масс-спектрометрам с подключенными компьютерами для обработки данных. Непрерывное развитие метода газовой хроматографии-масс-спектрометрии (ГХ-МС) в течение примерно двух десятилетий стало основой для быстрого расширения понимания молекулярного состава органического вещества в осадочных породах и нефти, а также изменений его состава в зависимости от геологических и экологических условий.
Алканы с прямой цепью ( n -алканы) и изопреноидные алканы пристан и фитан, которые в изобилии содержатся в большинстве неизмененных сырых нефтей, могут быть идентифицированы и количественно определены с помощью газовой хроматографии с пламенно-ионизационным детектированием (GC-FID; например, Peters et al. ., 2005а). (Это редко относится к другим соединениям, которые могут не иметь регулярного графика времени удерживания на колонке ГХ или могут быть достаточно распространены для легкого обнаружения). биомаркеры имеют общий масс-спектрометрический ключевой фрагмент. Таким образом, масс-хроматограммы, которые примерно в 30 раз более чувствительны, чем полные масс-спектры, выявляют присутствие всего спектра этих соединений (например, Peters et al., 2005b; Overton et al., 2016). Еще более совершенный метод масс-спектрометрического обнаружения, масс-фрагментография (ГХ-МС-МС), дополнительно повышает чувствительность еще до пяти раз, а также является более специфичным для соединения, чем масс-хроматография (например, Summons et al. , 19).99; Он и др., 2018).
Точно так же комплексная двухмерная газовая хроматография (ГХ×ГХ) увеличивает разрешение сложных смесей. Гейнс и др. (1999) опубликовали раннее применение этого метода к морскому разливу нефти. Используя две последовательно соединенные газовые хроматографические колонки с различной эффективностью разделения, связанной с молекулярными свойствами (например, летучестью и полярностью), ГХ×ГХ создает двумерную удерживающую поверхность, которая значительно улучшает идентификацию соединения по сравнению с одномерными данными удерживания обычного колонка ГХ. Соединения со сходной химической структурой группируются на хроматограмме, что позволяет проводить быструю предварительную идентификацию с разделением и обнаружением даже второстепенных компонентов. Техника ГХ×ГХ значительно усовершенствовалась с научной точки зрения в ходе исследований GoMRI. Он активно использовался для изучения изменений содержания компонентов нефти макондо, и продукты были отнесены к различным категориям физического и химического выветривания (например, Hall et al. , 2013; Aeppli et al., 2014, 2018; Gros et al. ., 2014, 2016).
Двумерные удерживающие поверхности ГХХГХ анализа сырой нефти и продуктов ее трансформации после разлива нефти, несмотря на дополнительную размерность разделения, все еще очень сложны. Рисунок 4 иллюстрирует принципы этого метода для простого примера. Эппли и соавт. (2013) проанализировали нефтяные пятна, которые впервые наблюдались в сентябре 2012 года недалеко от места катастрофы DWH, более чем через два года после того, как скважина Макондо была закрыта. Линейные ненасыщенные алкены, распространенные в синтетических буровых растворах, позволили им идентифицировать 80-тонную перемычку, заброшенную во время операции по контролю за скважиной Макондо в мае 2010 года, как источник блеска. На рис. 4a–d сравниваются данные ГХ×ГХ для нефти коффердама, пробы масляной пленки, продукта гидрогенизации пробы масляной пленки и бурового раствора с многоцелевого судна снабжения HOS Centerline , поставлявшего буровой раствор. во время операций Top Kill и Static Kill на сайте DWH. Более полярные алкены располагаются немного выше по второму размерному разделению (ось y), чем n -алканы. Белые пунктирные линии на четырех диаграммах обозначают поверхность, на которой элюируются олефины бурового раствора. Соединения исчезли в продукте гидрирования масляного блеска, потому что алкены были преобразованы в n -алканы (см. подпись к рисунку 4 ).
| . и (d) буровой раствор с многоцелевого судна снабжения HOS Centerline . Белые пунктирные линии обозначают места на поверхности, где элюируются олефины бурового раствора. Сумма C 16 -, C 17 — и C 18 -олефинов по отношению ко всему сигналу FID составлял 1,2% в образце блеска (b) и не обнаруживался в масле коффердама (a). Олефины в образце блеска исчезли после гидрирования и показали структуру, аналогичную структуре чистого бурового раствора, который представляет собой изомерную смесь внутренних олефинов от C 15 до C 18 , которая включает один линейный α-олефин на число атомов углерода. Данные отображаются в виде цветных контурных графиков, где синий соответствует низкому сигналу, желтый — среднему, а красный — высокому. Чтобы визуализировать второстепенные пики, построенный динамический диапазон меньше, чем общий динамический диапазон образца, с насыщением интенсивности вблизи точки максимального элюирования. Перепечатано с разрешения Aeppli et al. (2013). Copyright 2013 American Chemical Society > Фигура в высоком разрешении |
Даже с расширенной информацией о составе, полученной с помощью ГХ×ГХ (Hall et al., 2013), методы на основе ГХ не могут обнаружить многие продукты окисления, особенно те, которые сильно окислены с температурами кипения или термической стабильностью за пределами диапазона GC (Aeppli et al., 2018). Как определено с помощью масс-спектрометрии сверхвысокого разрешения (FT-ICR MS), сопоставление элементов для десятков тысяч молекул в естественной (неизмененной) и выветренной нефти Макондо выявило химические изменения, вызванные выветриванием (9). 0009 Рисунок 5d ; Радди и др., 2014). Последующий анализ различных фракций сырой нефти (маслорастворимых, неактивных на межфазной поверхности, маслорастворимых, межфазно-активных и водорастворимых) показал, что уменьшение числа углерода и увеличение числа кислорода определяют продвижение молекул от растворимых в масле к растворимым в воде (Zito et al. др., 2020). Таким образом, химические изменения, вызванные выветриванием (см. стрелки на рис. 5 ), были связаны с изменениями растворимости нефти. Как масло-, так и водорастворимые фототрансформированные соединения имеют структуру от алифатической до высокоароматической (Ruddy et al., 2014; Niles et al., 2019).), что указывает на то, что эти продукты происходят как из алифатических, так и из ароматических предшественников углеводородов (Hall et al., 2013). Эти результаты свидетельствуют о том, что как прямое, так и косвенное фотоокисление способствовало образованию большинства продуктов трансформации, выявленных в полевых образцах. Таким образом, FT-ICR MS превратилась в чрезвычайно мощный метод анализа высокомолекулярных и полярных компонентов сырой нефти и продуктов ее трансформации в рамках исследований GoMRI и для понимания судьбы нефти во время выветривания.
FT-ICR MS была ответственна лишь за часть прогресса, достигнутого в молекулярном понимании процессов разливов нефти. Сложность нефти потребовала набора аналитических инструментов для всестороннего изучения механизмов и продуктов выветривания (, рис. 5a–d, ). В дополнение к описанным выше инструментам на основе ГХ и FT-ICR MS, тонкослойной хроматографии с пламенно-ионизационным детектированием (TLC-FID; Aeppli et al., 2012) и инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FT-IR; White et al. al., 2016b) дали количественную и информативную оценку изменений функциональных групп в результате процессов выветривания.
| Рис. 5. Анализ химического состава нефти и проб месторождения Deepwater Horizon. Четыре различных метода фиксируют совокупное воздействие абиотического и биотического выветривания на нефть (исходные спектры нефти в верхнем ряду), которые проявляются в изменениях: (а) хроматограмм пламенно-ионизационного обнаружения (ГХ-ПИД), (б) тонких хроматограммы пламенно-ионизационного детектирования (ТСХ-ПИД), (в) инфракрасное поглощение Фурье (Фурье-ИК) и (г) спектры широкополосной ионно-циклотронной резонансной масс-спектрометрии с Фурье-преобразованием (Фурье-МС-МС). Полевые образцы включают лепешки песка и нефти, собранные на пляжах Мексиканского залива. В целом выветривание привело к деградации насыщенных и ароматических соединений, оставив стойкие соединения в нерастворенных сложных смесях, увеличению доли окисленных углеводородов (OxHC) по сравнению с насыщенными и ароматическими углеводородными соединениями и увеличению гидроксильных и карбонильных функциональных групп. Режим отрицательных ионов ESI FT-ICR MS выявил сложное увеличение количества пиков (с m/z 200–1000) и появление оксигенированных частиц (красные пики) в массовом расширенном сегменте 400 мДа при 501 Да. Аналогичная молекулярная информация доступна для всех других номинальных масс в масс-спектре. Перепечатано из Kujawinski et al. (2020) с разрешения Springer Nature; панели a–c были адаптированы из Aeppli et al. (2012) с разрешения Американского химического общества. > Фигура высокого разрешения |
Evans Seeley et al. (2018) пошли по другому пути, чтобы разобраться в сложности выветривания нефти в результате разлива нефти DWH. Они изучили аналитические возможности линейной пиролизной газовой хроматографии-масс-спектрометрии (py-GC-MS) и показали, что объемный поток py-GC-MS может количественно определять общую степень выветривания нефтяных углеводородов. Кроме того, метод термической срезовой ру-ГХ-МС может определять количество специфических соединений в «зоне термодесорбции» (50–370°C), а также характеризовать пиролизованные фрагменты из неподдающихся ГХ нефтяных составляющих (включая продукты окисления) в «зона крекинга» (370–650°С). Их данные свидетельствуют об увеличении термодинамической стабильности, концентрации кислородсодержащих продуктов и сложности высокомолекулярных и / или полярных компонентов с ускоренным выветриванием. Ван и др. (2020) в дальнейшем применили этот подход, чтобы получить представление о механизмах образования и структуре некоторых асфальтенов, образующихся в результате фотоокисления.
Стабильные изотопы углерода и водорода широко используются для характеристики сырой нефти и ее компонентов (см. Таблица 2 ). Для отслеживания судьбы нефти Макондо, разлитой во время катастрофы DWH (т. е. смешения с органическим веществом недавнего происхождения на морском дне или включения углерода в результате микробного преобразования компонентов нефти Макондо в биомассу и пищевые сети), измерение радиоактивного Методом выбора было содержание углерода ( 14 C) в осадочных и биологических субстратах. Поскольку органическое вещество нефтяного происхождения было захоронено и преобразовано из растительной биомассы в нефть, прошло так много времени. 0280 14 Содержание изотопов C в нефти равно нулю по сравнению с недавно произведенной растительной биомассой (Chanton et al., 2015). Таким образом, содержание радиоуглерода ниже, чем в свежей биомассе, указывает на смешивание с углеродом нефтяного происхождения.
Согласно Kujawinski et al. (2020), диоктилсульфосукцинат натрия (DOSS) использовался для отслеживания судьбы глубоководных диспергаторов, применявшихся для смягчения последствий разливов во время катастрофы DWH; это соединение было выбрано потому, что оно содержит большую и относительно постоянную фракцию Corexit® и других композиций диспергаторов, и его можно было использовать в существующих аналитических протоколах. Пробы, взятые во время и через несколько месяцев после стихийного бедствия, показали, что DOSS сохраняется в подповерхностной интрузии и не подвергается деградации (Kujawinski et al., 2011), вопреки ожиданиям, основанным на лабораторных экспериментах, проведенных в наземных условиях (Baelum et al., 2012). . Эти данные свидетельствуют о том, что некоторые компоненты химических диспергаторов не подверглись заметной деградации в глубоководных районах после аварии на DWH. Последующие лабораторные исследования показали, что ДОСС менее лабилен, чем растворители-носители в диспергентах в глубоководных условиях (Baelum et al., 2012), а другие обнаружили минимальную деградацию ДОСС при низких температурах (Campo et al., 2013), далее поддерживая этот вывод.
Сжигание на месте (ISB) разлитой нефти на поверхности воды (см. фотографию на первой странице этой статьи) вызывает споры из-за опасений по поводу химических веществ, образующихся и/или выбрасываемых в атмосферу в процессе сжигания, а также о химических веществах, оставшихся в несгоревших остатках на границе вода-атмосфера или в несгоревшей пленке (Stout and Payne, 2016). Во время ликвидации разлива ГВС примерно 220 000–313 000 баррелей нефти с поверхности океана было удалено в ходе 411 тщательно проведенных операций ISB. Считается, что эти 5% разлитой нефти (Schaum et al. , 2010) «сыграли значительную роль в уменьшении количества нефти на поверхности воды» (Управление реагирования и восстановления NOAA, 2020). Для сравнения, 5% нефти макондо, удаленной ISB, примерно равны предполагаемому общему количеству нефти, выпущенной в течение 1989 Авария танкера Exxon Valdez
(Stout and Payne, 2016).
Операции ISB были основаны на опыте, полученном в период с 1970-х по 2010 год в результате лабораторных испытаний, контролируемых полевых экспериментов и нескольких операций по ликвидации разливов нефти (например, Fritt-Rasmussen and Wegeberg, 2015; Gullet et al., 2017; Bullock et al. ., 2019, и ссылки в нем). Различные смеси газа и нефти и их переменный состав, а также условия окружающей среды, такие как температура и ветер, могут влиять на эффективность ISB и состав образующихся продуктов. При сжигании нефти выделяется в основном углекислый газ и вода. Согласно литературному сборнику различных экспериментов по сжиганию нефти с использованием различных субстратов (Бухер и Янке, 1997, в основном основанный на работе Д. Д. Эванс, Национальный институт стандартов и технологий, в начале 1990-х годов), продукты сжигания нефти, за исключением воды, составляют около 92 % двуокиси углерода, 3,2 % моноксида углерода, 4,6 % дыма (сажа/сажа), 0,03 % ПАУ и 0,27% летучих органических химикатов (ЛОС). Из летучих органических соединений около 0,14% составляют углеводороды C 2 -C 6 и 0,12% — альдегиды/кетоны C 1 -C 16 (органические соединения, избегающие полного сгорания), 0,9% SO x и 0,0004% NO x ( рис. 6a ).
Гуллетт и др. (2017) провели лабораторные эксперименты по сжиганию репрезентативной сырой нефти в двух открытых емкостях площадью 0,47 м 2 и 0,93 м 2 . Поддоны были заполнены морской водой, и сообщалось, что сырая нефть Bayou Choctaw Sweet из стратегического нефтяного резерва имеет химический состав и физические характеристики, аналогичные нефти Macondo. Они измерили 82 % диоксида углерода, 2,5 % моноксида углерода, 7,0 % общего количества твердых частиц, 0,34 % летучих органических соединений и 0,10 % ПАУ в образующемся дыме (9). 0009 Рисунок 6b ), но поскольку 7,6% продуктов не были учтены среди перечисленных компонентов, отличия от составления Booher and Janke (1997) несущественны.
| Рисунок 6. Преобразование сгоревшего масла в продукты (кроме воды), по массе. (а) Проценты адаптированы из литературного сборника Booher and Janke (1997). (b) Процентное содержание продуктов сгорания в результате экспериментального сжигания сырой нефти Bayou Choctaw Sweet из Стратегического нефтяного резерва с заявленным химическим составом и физическими характеристиками, аналогичными нефти Macondo (согласно Gullet et al., 2017). Количество неучтенного материала влияет на относительные доли выявленных продуктов. ЛОС = Летучие органические соединения. 9 вечера0258 TOT = Общее количество твердых частиц. > Фигура высокого разрешения |
Авиационные измерения NOAA США во время активного поверхностного горения нефтяных пятен Макондо привели к оценке 4% сгоревшего материала или примерно 1,35 ± 0,72 тысячи тонн, выброшенных в виде черного углерода в атмосферный шлейф (Perring et al. ., 2011). Эти авторы сообщили, что в частицах черного углерода было мало неогнеупорного материала, и они были типичными для черного углерода в результате довольно эффективного сжигания ископаемого топлива.
Основными продуктами сгорания были остатки сажи и другие компоненты сажи. Наибольшее внимание уделено ПАУ, образующимся при горении и связанным с сажей и сажей. Химический состав ПАУ, образующихся в результате сжигания, совпадает с химическим составом ПАУ, присутствующих в сырой нефти. Многочисленные исследования показали, что ПАУ из источников горения содержат больше исходных неалкилированных ПАУ по сравнению с сырой нефтью и мазутом, причем преобладание исходных неалкилированных ПАУ увеличивается с повышением температуры сгорания (например, Lima et al. ., 2005). Состав ПАУ, связанных с сажей и сажей, был оценен в ходе нескольких исследований, в которых измерялось в основном количество исходных ПАУ в молекулярном диапазоне от нафталина до бензо[9].0011 ghi ]перилен (например, Gullett et al. , 2016, 2017). Представление об общих механизмах быстрой молекулярной кластеризации, которая может привести от ПАУ, образующихся при горении, к черной саже в целом, предоставлено Johansson et al. (2018).
Недостаточно опубликованных данных о химическом составе остатков ISB (т. е. смолистого, чешуйчатого материала, плавающего на поверхности вблизи или в нефтяных пятнах, подвергшихся ISB). Это понятно. Отбор проб воздуха и дымовой шлейф в прошлом имели приоритетное значение из-за проблем со здоровьем человека (см. Sandifer et al., 2021 в этом выпуске о факторах, учитываемых при выборе вариантов реагирования). Таким образом, повезло, что Стаут и Пейн (2016) собрали два еще не охлажденных плавающих остатка ISB сразу после событий ISB. Они также собрали три остатка ISB с морского дна на глубине от 1400 м до 1440 м, используя пробоотборники для бурения керна и слёрп-пушки, установленные на дистанционно управляемом транспортном средстве. Все образцы, проанализированные с помощью газовой хроматографии и газовой хромато-масс-спектрометрии, показали некоторое процентное обогащение пирогенными ПАУ, смешанными с несгоревшей относительно свежей нефтью Макондо, по сравнению с образцами нефтяных пятен DWH, не подвергшихся интенсивному выветриванию. Один остаток ISB на морском дне, по-видимому, содержал некоторое количество примесей низкомолекулярных углеводородов, подобных дизельному топливу. Две другие пробы по углеводородному составу были аналогичны остаткам ИСБ, собранным на поверхности моря.
Stout and Payne (2016) подсчитали, что большая часть или все остатки ISB в конечном итоге опустились на морское дно. Остатки ISB и связанные с ними ПАУ усиливают поглощение токсичных материалов и их потенциальное неблагоприятное воздействие на донные организмы (Murawski et al., 2021, в этом выпуске). Состав ПАУ в плавающих остатках ИСБ указывает на определенную потерю ПАУ с более низкой молекулярной массой (например, нафталин и алкилированные нафталины), немного меньшую потерю фенантрена и алкилированных фенантренов и меньшую потерю или отсутствие потери более высокомолекулярных веса ПАУ по отношению к 17α-гопану, используемому в качестве относительно стабильного внутреннего углеводородного стандарта (см. ранее обсуждение, хотя 17-α-гопан во время ISB может быть не таким стабильным, как во время геотермальной трансформации или выветривания). В затонувших остатках ISB наблюдалось некоторое увеличение относительных концентраций нескольких ПАУ с более высокой молекулярной массой, что свидетельствует о вкладе ПАУ продуктов сгорания в смесь ПАУ нефтяного или масляного типа (Stout and Payne, 2016).
A Агентство по охране окружающей среды США диаметром 4,0 м, наполненное гелием на аэростате, с помощью кварцевых фильтров и пенополиуретанового сорбента (Aurell and Gullett, 2010; Гуллетт и др., 2016). Образцы были проанализированы на наличие полихлорированных дибензодиоксинов (ПХДД) и полихлорированных дибензофуранов (ПХДФ). Эта оценка была проведена, поскольку неполное сгорание органического вещества в присутствии хлорида может привести к образованию небольших количеств ПХДД и ПХДФ, а морская вода, смешанная с поверхностной нефтью, потенциально является обильным источником хлорида. Aurell and Gullett (2010) сообщили, что анализ одной составной пробы дал коэффициент выбросов 1,7 нг токсического эквивалента (ТЭ) полихлорированных ароматических соединений на кг сожженного масла.
Во время кампании, описанной выше, произошел один непреднамеренный отбор проб, когда было установлено, что ткань паруса аэростата собирает мелкие частицы, которые можно было отобрать, извлечь и проанализировать на наличие различных химических веществ, таких как ПАУ (Gullett et al., 2016). Основное внимание уделялось давним приоритетным загрязнителям Агентства по охране окружающей среды (EPA) ПАУ (первоначально определенные для проб воды; см. , рис. 3 ), которые также часто встречаются в продуктах сгорания. Однако было обнаружено несколько других ПАУ, таких как алкилированные нафталины, метилфлуорен и метилпирен, и их присутствие указывает на то, что образец может содержать некоторые продукты сгорания при более низкой температуре.
Шаум и др. (2010) исследовали незначительные риски, которые можно отнести к выбросам «диоксинов» при сжигании нефти макондо на поверхности моря. Компоненты групп ПХДД и ПХДФ представляют серьезную опасность для здоровья человека (например, Van den Berg et al. , 2006). Оценка уровня скрининга Schaum et al. (2010) указали, что риск возникновения рака у человека от ПХДД/ПХДФ, образовавшихся во время ISB, не превышает 1 × 10 –6 . Они отметили, что Агентство по охране окружающей среды США «обычно рассматривает диапазон риска 10 –6 – 10 –4 – это диапазон, в котором учитываются дополнительные действия». Шаум и соавт. (2010) обнаружили скудную информацию о пробах и анализе образования ПХДД и ПХДФ до этих исследований ISB масла Макондо. Эти новаторские исследования были ограничены по масштабу. Однако они указывают на то, что необходимы дополнительные исследования аналогичного характера в различных условиях для ISB различных типов масел из-за рисков для здоровья человека, связанных с химическими веществами ПХДД/ПХДФ.
Интересный лабораторный эксперимент ISB пятна на поверхности воды был проведен Jaggi et al. (2019) и оценивали с помощью FT-ICR MS, как описано ранее. Они сообщили, что как несгоревшие нефтяные пятна, так и ISB приводят к выбросу органических соединений в воду под пятном. Важный вывод заключался в том, что ISB сильно увеличивает концентрацию связанных с нефтью химических веществ, поступающих в водную фазу, в результате образования окисленных органических соединений, растворимых в воде. Джагги и соавт. (2019) сообщил, что эта смесь отличается по составу от органических соединений, поступающих в воду из несгоревшей нефти, тем, что смесь из ИСБ содержит значительно больше конденсированных ароматических соединений с различным содержанием азота, кислорода и серы. Это важное открытие, которое заслуживает дальнейших исследований в лаборатории и в полевых условиях. Джагги и соавт. (2019) примечание: «Влияние этих сильно ненасыщенных и насыщенных кислородом органических соединений на судьбу разливов нефти и их воздействие на экосистему составляет
в настоящее время неизвестно».
Методы и приложения аналитической химии
Сложность нефти, включая нефть Макондо, представляет собой проблему даже при нынешних достижениях в аналитической химии. Во время исследований, направленных на выяснение судьбы и последствий разлива нефти из ГДХ (Фаррингтон и др., 2021 г.; Галаныч и др., 2021 г.; и Муравски и др., 2021 г., все в этом выпуске), были отмечены несоответствия в различных аналитических методах. используемые или в которых измерялись химические вещества. Например, исследователи могут измерять разные наборы конкретных ПАУ, что усложняет сравнение общего количества ПАУ в разных частях Мексиканского залива. То же самое относится к приписыванию определенного типа и интенсивности эффекта присутствию отдельных химических компонентов или типов компонентов в нефти Макондо или выветренной, трансформированной и/или биодеградированной нефти. Отчасти это результат того, что исследователи задают разные исследовательские вопросы или используют предпочитаемые ими методы, что создает дополнительные проблемы и неопределенности. Таким образом, в то время как некоторые исследователи использовали ГХ×ГХ-МС, другие использовали капиллярную ГХ с плавленым кварцем на одной колонке с обнаружением ПИД или ГХ-МС.
Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) подготовил стандартный справочный материал для разумного количества углеводородов нефти Макондо, чтобы помочь в контроле качества и обеспечении качества анализов (NIST, 2020). Пары этого образца и образец нефти Макондо, подвергшейся выветриванию в полевых условиях (кандидат SRM 2777), были переданы лабораториям, участвовавшим в исследованиях GoMRI, а также нескольким другим. Отчет о результатах этого взаимного сравнения лабораторий контроля и обеспечения качества GoMRI доступен в виде отчета NIST (Murray et al., 2016). Он обеспечивает основу для оценки потенциальных неопределенностей при сравнении анализов, проведенных участвующими лабораториями. Эти неопределенности аналогичны тем, которые стали очевидными из межлабораторного сравнения, опубликованного почти два десятилетия назад в конце Совместного исследования органической геохимии в Монтерее, основанного на образцах горных пород из разрезов Неаполь-Бич и Лайонс-Хед формации Монтерей и связанных с ними сырых нефтях Монтерея (Isaacs , 2001). Информативное и подробное обсуждение использования внутрилабораторного и межлабораторного обеспечения/контроля качества для лабораторий, участвующих в анализе оценки ущерба природным ресурсам NOAA DWH США для нефтяных соединений, доступно в
Литман и др. (2018).
Только несколько исследователей GoMRI имели доступ к анализам FT-ICR MS или использовали их. Скорее всего, это произошло из-за дороговизны инструмента и меньшего количества людей, знакомых с этим методом в то время. В мире относительно немного современных высокомагнитных приборов FT-ICR MS. К счастью, в исследованиях GoMRI участвовала Национальная лаборатория сильного магнитного поля Университета штата Флорида (https://nationalmaglab.org/user-facilities/icr). Исследователи этой лаборатории сотрудничали с несколькими другими исследователями GoMRI, чтобы получить новое представление о составе асфальтенов и других высокомолекулярных химических веществ, присущих нефти Макондо, а также предоставить ключевое представление о путях фотохимических реакций и продуктах этих реакций. реакции, как указано в ссылках, цитируемых ранее. Несмотря на эти важные открытия, точные молекулярные структуры этих химических веществ еще предстоит выяснить. Таким образом, подробные пути, например, некоторых реакций фотоокисления и их продуктов
остается проблемой.
Агентства, ответственные за ликвидацию разливов нефти и оценку судьбы и последствий разливов, должны планировать надлежащее включение этих передовых аналитических методов в свою деятельность по реагированию и оценке.
Для оценки полного воздействия нефти, выброшенной при разливе нефти на платформе Deepwater Horizon, на флору и фауну Мексиканского залива и на здоровье человека в регионе необходимо определить количества материалов, попавших в окружающую среду, в том числе количества диспергентов, используемых при ликвидации разливов. Кроме того, большое значение имеет химический анализ состава выбрасываемых материалов и их относительных пропорций.
Химические анализы выброшенной нефти и продуктов физико-химических и биологических изменений проводились с использованием широкого спектра методик, разработанных в аналитической химии, нефтеорганической геохимии и химии окружающей среды в течение нескольких десятилетий, начиная с 1970-х гг. Кроме того, более продвинутые методы, такие как последовательное сочетание двух газовых хроматографических колонок с различной эффективностью разделения (ГХ×ГХ) и масс-спектрометрия сверхвысокого разрешения (FT-ICR MS), были предпочтительными методами для прояснения сложных смесей высокомолекулярные и очень полярные нефтяные составляющие, особенно вновь образующиеся при фотоокислении жидкой нефти. Фотоокисление — очень важный, но до сих пор недооцениваемый процесс выветривания. Вместе этот набор аналитических методов обеспечил не только инвентаризацию наиболее важных компонентов высвобождаемой нефти, но и более глубокое понимание механизмов реакции процессов выветривания, таких как фотоокисление, и идентификации продуктов его преобразования, а также их воздействие на физические свойства, биодоступность и токсичность сбрасываемой нефти. Расширенное понимание в сочетании с применением дополнительных аналитических методов будет способствовать реагированию в режиме реального времени на будущие разливы нефти.
Наконец, за последние 10 лет были получены важные сведения о химическом составе продуктов подземного сжигания нефти на поверхности воды. Тем не менее, полевые оценки и лабораторные данные ограничены, и эти захватывающие новые идеи требуют дальнейших исследований, чтобы получить столь необходимую информацию о сжигании на месте.
БЛАГОДАРНОСТЬ
Брайан Гуллетт (Агентство по охране окружающей среды США), Элизабет Куявински (Океанографический институт Вудс-Хоул), Томас Ольденбург (Университет Калгари, Канада) и Райан Роджерс (Национальная лаборатория сильного магнитного поля) были достаточно любезны ознакомиться с ранней версией рукописи. Мы благодарны Кеннету Э. Петерсу (Schlumberger) и Роджеру Э. Саммонсу (Науки о Земле, атмосфере и планетах, Массачусетский технологический институт) за тщательное рассмотрение окончательной версии рукописи и предоставление полезных научных комментариев и технических правок для улучшения. Мы также благодарим команду управления GoMRI за их поддержку в подготовке и представлении рукописи.
Citation
Rullkötter, J., and J.W. Фаррингтон. 2021. Что было выпущено? Оценка физических свойств и химического состава нефти и продуктов сжигания нефти. Океанография 34(1):44–57, https://doi.org/10.5670/oceanog.2021.116.
Ссылки
Эппли, К., К.А. Кармайкл, Р.К. Нельсон, К.Л. Лемкау, В.М. Грэм, М.К. Редмонд, Д.Л. Валентин и К.М. Редди. 2012. Выветривание нефти после катастрофы Deepwater Horizon привело к образованию насыщенных кислородом остатков. Экологические науки и технологии 46:8,799−8,807, https://doi.org/10.1021/es3015138.
Эппли, К., К.М. Редди, Р.К. Нельсон, М.Ю. Келлерманн и Д.Л. Валентин. 2013. Повторяющиеся нефтяные пятна на месте катастрофы Deepwater Horizon, обнаруженные синтетическими углеводородными буровыми растворами. Экологические науки и технологии 47:8,211–8,219, https://doi.org/10.1021/es4024139.
Эппли, К., Р.К. Нельсон, Дж. Р. Радович, К.А. Кармайкл, Д.Л. Валентин и К.М. Редди. 2014. Невосприимчивость и деградация нефтяных биомаркеров в нефти Deepwater Horizon при абиотическом и биотическом естественном выветривании. Экологические науки и технологии 48:6,726–6,734, https://doi.org/10.1021/es500825q.
Эппли, К., Р.Ф. Свортаут, Г.В. О’Нил, С.Д. Кац, Д. Наби, К.П. Уорд, Р.К. Нельсон, К.М. Шарплесс и К.М. Редди. 2018. Насколько устойчивы и биодоступны насыщенные кислородом продукты переработки нефти Deepwater Horizon? Экологические науки и технологии 52:7,250–7,258, https://doi.org/10.1021/acs.est.8b01001.
Аурелл, Дж. и Б.К. Гуллетт. 2010. Аэростатный отбор проб выбросов ПХДД/ПХДФ при сжигании нефти в Персидском заливе на месте. Экологические науки и технологии 44:9,431–9,437, https://doi.org/10.1021/es103554y.
Баэлум, Дж., С. Борглин, Р. Чакраборти, Дж. Л. Фортни, Р. Ламенделла, О.У. Мейсон, М. Ауэр, М. Земля, М. Билл, М. Э. Конрад и другие. 2012. Глубоководные бактерии, обогащенные нефтью и диспергентом из разлива Deepwater Horizon. Экологическая микробиология 14:2,405–2,416, https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2012.02780.x.
Бухер Л.Э. и Б. Янке. 1997. Выбросы в атмосферу от пожаров нефтяных углеводородов при контролируемом сжигании. Журнал Американской ассоциации промышленной гигиены 58:359–365, https://doi.org/10.1080/154281197
720.
Брокс, Дж. Дж. и А. Пирсон. 2005. Построение дерева биомаркеров жизни. Обзоры по минералогии и геохимии 59:233–258, https://doi.org/10.2138/rmg.2005.59.10.
Брокс, Дж.Дж. и Р.Э. Вызывает. 2014. Осадочные углеводороды, биомаркеры ранней жизни. Стр. 61–103 в Трактат по геохимии, 2 -е изд. , том. 10. Х. Холланд и К. Турекян, ред., Elsevier, Амстердам, Нидерланды, https://doi.org/10.1016/B978-0-08-095975-7.00803-2.
Баллок, Р.Дж., Р.А. Перкинс и С. Аггарвал. 2019. Сжигание на месте с помощью химиков для ликвидации разливов нефти в Арктике: метаанализ и обзор. Наука об окружающей среде в целом 675:705–716, https://doi. org/10.1016/j.scitotenv.2019.04.127.
Кампо П., А.Д. Веноза и М.Т. Суидан. 2013. Биоразлагаемость Corexit 9500 и диспергированной сырой нефти Южной Луизианы при 5 и 25°C. Экологические науки и технологии 47:1,960–1967, https://doi.org/10.1021/es303881h.
Шантон, Дж., Т. Чжао, Б.Е. Розенхайм, С. Джой, С. Босман, К. Бруннер, К.М. Йегер, А.Р. Диркс и Д. Холландер. 2015. Использование естественного изобилия радиоуглерода для отслеживания потока нефтеуглерода на морское дно после разлива нефти на платформе Deepwater Horizon. Экологические науки и технологии 49:847–854, http://doi.org/10.1021/es5046524.
Далинг, П.С., Ф. Лейрвик, И.К. Алмос, П.Дж. Брандвик, Б.Х. Хансен, А. Льюис и М. Рид. 2014. Поверхностное выветривание и диспергируемость сырой нефти MC252. Бюллетень о загрязнении морской среды 87:300–310, https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2014.07.005.
де Гау, Дж.А., А.М. Миддлбрук, К. Варнеке, Р. Ахмедов, Э.Л. Атлас, Р. Бахрейни, Д. Р. Блейк, Калифорния Брок, Дж. Бриуде, Д.В. Фейи и др. 2011. Образование органических аэрозолей с подветренной стороны от разлива нефти на платформе Deepwater Horizon. Наука 331:1,295–1,299, https://doi.org/10.1126/science.1200320.
Дрозд Г.Т., Д.Р. Вортон, К. Эппли, К.М. Редди, Х. Чжан, Э. Вариано и А. Х. Гольдштейн. 2015. Моделирование комплексного химического состава выветренной нефти после морского разлива для прогнозирования образования озона и потенциального вторичного аэрозоля и ограничения путей переноса. Journal of Geophysical Research 120:7,300–7,315, https://doi.org/10.1002/2015JC011093.
Эванс Сили, М., К. Ван, Х. Бакоса, Б.Е. Розенхайм и З. Лю. 2018. Анализ загрязнения окружающей среды нефтью с использованием линейного пиролиза, газовой хроматографии и масс-спектрометрии. Органическая геохимия 124:180–189, https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2018.07.012.
Фаррингтон, Дж.В., Э.Б. Овертон и У. Пассоу. 2021. Биогеохимические процессы, влияющие на судьбу сбрасываемого газа и нефти Deepwater Horizon: новые идеи и остающиеся пробелы в нашем понимании. Океанография 34(1):76–97, https://doi.org/10.5670/oceanog.2021.118.
Фритт-Расмуссен Дж. и С. Вегеберг. 2015. Обзор остатков сжигания нефтяных разливов на месте в отношении арктических вод. Загрязнение воды, воздуха и почвы 226:329, https://doi.org/10.1007/s11270-015-2593-1.
Гейнс, Р.Б., Г.С. Фрайзингер, М.С. Хендрик-Смит и Дж. Д. Стюарт. 1999. Идентификация источника разлива нефти с помощью комплексной двухмерной газовой хроматографии. Экологические науки и технологии 33:2,106–2,112, https://doi.org/10.1021/es9810484.
Гейнс, С.М., Г.Э. Эглинтон и Дж. Руллкеттер. 2009. Отголоски жизни: что ископаемые молекулы говорят об истории Земли . Oxford University Press, New York, NY, 357 стр.
Gros, J., C.M. Редди, К. Эппли, Р.К. Нельсон, К.А. Кармайкл и Дж.С. Арей. 2014. Выяснение закономерностей биоразложения стойких насыщенных углеводородов в образцах выветренной нефти после катастрофы Deepwater Horizon. Экологические науки и технологии 48:1,628–1,637, https://doi. org/10.1021/es4042836.
Грос, Дж., К.М. Редди, Р.К. Нельсон, С.А. Соколофски и Дж.С. Арей. 2016. Моделирование разделения газа, жидкости и воды и свойств флюида нефти под давлением: последствия для глубоководных выбросов. Экологические науки и технологии 50:7,397–7,408, https://doi.org/10.1021/acs.est.5b04617.
Грос, Дж., С.А. Соколофски, А.Л. Диссанаяке, И. Джун, Л. Чжао, М.К. Буфадель, К.М. Редди и Дж.С. Арей. 2017. Динамика нефти в море и влияние подводной закачки диспергента во время Deepwater Horizon. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 114:10,065–10,070, https://doi.org/10.1073/pnas.1612518114.
Гуллетт, Б.К., М.Д. Хейс, Д. Табор и Р. Вандер Уол. 2016. Характеристика выбросов твердых частиц при поверхностном сжигании нефти на платформе BP Deepwater Horizon. Бюллетень о загрязнении морской среды 107:216–223, https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2016.03.069.
Гуллетт, Б.К., Дж. Аурелл, А. Холдер, У. Митчелл, Д. Гринуэлл, М. Хейс, Р. Конми, Д. Табор, У. Престон, И. Джордж и другие. 2017. Характеристика выбросов и остатков при моделировании сжигания нефти на поверхности Deepwater Horizon. Бюллетень о загрязнении морской среды 117:392–405, https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2017.01.083.
Галаныч К.М., С.Ч. Эйнсворт, Э.Э. Кордес, Р.Э. Додж, М. Хюттель, И.А. Мендельсон, С.А. Муравски, К.Б. Парис-Лимузи, П.Т. Швинг, Р.Ф. Шоу и Т. Саттон. 2021. Воздействие побочных продуктов нефти и диспергентов на экосистемы. Океанография 34(1):152–163, https://doi.org/10.5670/oceanog.2021.123.
Hall, G.J., G.S. Frysinger, C. Aeppli, C.A. Кармайкл, Дж. Грос, К.Л. Лемкау, Р.К. Нельсон и К.М. Редди. 2013. Насыщенные кислородом продукты выветривания нефти Deepwater Horizon происходят из неожиданных предшественников. Бюллетень о загрязнении морской среды 75:140–149, https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2013.07.048.
He, M., J.M. Moldowan, and K. E. Питерс. 2018. Биомаркеры: нефть. Стр. 1–13 в Энциклопедии геохимии, Living Edition . В.М. Уайт, изд., Springer International Publishing AG, Базель, Швейцария, https://doi.org/10.1007/978-3-319-39193-9_170-1.
Хант, Дж. М. 1996. Нефтяная геохимия и геология , 2 и изд. В.Х. Фримен и компания, Нью-Йорк, 743 стр. 9.0003
Айзекс, К.М. 2001. Статистическая оценка межлабораторных данных Совместного исследования органической геохимии в Монтерее. Стр. 461–524 в Монтерейская формация: от камней к молекулам . СМ. Исаакс и Дж. Руллкеттер, редакторы, издательство Колумбийского университета, Нью-Йорк.
Ягги А., Дж.Р. Радович, Л.Р. Сноудон, С.Р. Лартер и Т.Б.П. Ольденбург. 2019. Состав растворенного органического вещества, образующегося при подземном сжигании разлитой нефти. Органическая геохимия 138:103926, https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2019.103926.
Джарви, Д.М., Б.М. Джарви, Д. Велдон и А. Менде. 2015. Геохимическая оценка залежей нефти в нетрадиционных ресурсных системах. Материалы 3-й -й конференции по технологии нетрадиционных ресурсов 201 5, http://fianum.com/files/articles/1/GeochemicaAssessment.pdf.
Йоханссон, К.О., М.П. Хед-Гордон, П.Е. Шрадер, К.Р. Уилсон и Х.А. Михельсен. 2018. Резонансно-стабилизированные углеводородно-радикальные цепные реакции могут объяснить возникновение и рост сажи. Science 381:997–1,000, https://doi.org/10.1126/science.aat3417.
Кесслер, Дж.Д., Д.Л. Валентин, М.К. Редмонд, М. Ду, Э. У. Чан, С. Д. Mendes, E.W. Quiroz, C.J. Villanueva, S.S. Shusta, L.M. Werra и другие. 2011. Постоянная кислородная аномалия раскрывает судьбу разлитого метана в глубоком Мексиканском заливе. Science 331:312–315, http://doi.org/10.1126/science.1199697.
Куявинский, Э.Б., М.К. Кидо Соул, Д.Л. Валентин, А.К. Бойзен, К. Лонгнекер и М.К. Редмонд. 2011. Судьба диспергентов, связанных с разливом нефти на платформе Deepwater Horizon. Наука об окружающей среде и технологии 45:1,298–1,306, https://doi. org/10.1021/es103838p.
Куявинский, Э.Б., К.М. Редди, Р.П. Роджерс, Дж. К. Трэш, Д.Л. Валентайн и Х.К. Белый. 2020. Первое десятилетие научных открытий после разлива нефти на платформе Deepwater Horizon. 2020. Nature Reviews Earth & Environment 1:237–250, https://doi.org/10.1038/s43017-020-0046-x.
Ли, Ю.Г., С. Гарза и Р.М. Ли. 2018. Окончательная стоимость катастрофы: семь лет после разлива нефти на платформе Deepwater Horizon. Journal of Corporate Accounting & Finance 29:69–79, https://doi.org/10.1002/jcaf.22306.
Лер, Б., С. Бристоль и А. Поссоло. 2010. Калькулятор запаса нефти Deepwater Horizon. Техническая документация, отчет национальной команде по ликвидации чрезвычайных ситуаций , ноябрь 2010 г. . http://www.restorethegulf.gov/sites/default/files/documents/pdf/OilBudgetCalc_Full_HQ-Print_111110.pdf.
Лима, A.L.C., J.W. Фаррингтон и К.М. Редди. 2005. Полученные при сжигании полициклические ароматические углеводороды в окружающей среде: обзор. Экологическая криминалистика 6:109–131, https://doi.org/10.1080/152759205
739.
Литман Э., С. Эмсбо-Мэттингли и В. Вонг. 2018. Критический обзор набора данных межлабораторной судебно-медицинской экспертизы: влияние на интерпретацию данных при исследованиях разливов нефти. Стр. 1–23 в Примеры судебно-медицинской экспертизы разливов нефти . S.A. Stout и Z. Wang, eds, Butterworth-Heinemann, Elsevier, Oxford, UK, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-804434-6.00001-X.
Макдональд, И.Р., О. Гарсия-Пинеда, А. Бит, С. Данешгар Асл, Л. Фенг, Г. Греттингер, Д. Френч-Маккей, Дж. Холмс, К. Ху, Ф. Хаффер и другие. 2015. Естественные и неестественные нефтяные пятна в Мексиканском заливе. Journal of Geophysical Research 120:8,364–8,380, https://doi.org/10.1002/2015JC011062.
Маккензи, А.С. 1984. Применение биологических маркеров в геохимии нефти. Стр. 115–214 в Достижения в области нефтехимии, vol. 1. Дж. Брукс и Д. Х. Велте, ред. , Academic Press, Лондон, Великобритания.
Маккенна, А.М., Р.К. Нельсон, К.М. Редди, Дж.Дж. Чабер, Н.К. Кайзер, Дж. Э. Фитцсиммонс, А. Г. Маршалл и Р. П. Роджерс. 2013. Расширение аналитического окна для характеристики разливов нефти с помощью масс-спектрометрии сверхвысокого разрешения: за пределами газовой хроматографии. Экологические науки и технологии 47:7,530–7,539, https://doi.org/10.1021/es305284t.
Мелло, М.Р., Н. Телнес, П.К. Гальяноне, М.И. Чикарелли, С. К. Брасселл и Дж. Р. Максвелл. 1988. Органо-геохимическая характеристика палеосреды осадконакопления нефтематеринских пород и нефти в окраинных бассейнах Бразилии. Органическая геохимия 13:31–45, https://doi.org/10.1016/0146-6380(88)-X.
Муравски, С.А., М. Гроселл, К. Смит, Т. Саттон, К.М. Галаныч, Р.Ф. Шоу и К.А. Уилсон. 2021. Воздействие нефти, компонентов нефти и диспергентов на организмы и популяции. Oceanography 34(1):136–151, https://doi.org/10.5670/oceanog. 2021.122.
Мюррей, Дж.А., Л.К. Сандер, С.А. Уайз и К.М. Редди. 2016. Исследовательская инициатива Мексиканского залива, 2014–2015 гг. Эксперимент по взаимной калибровке углеводородов: описание результатов для сырой нефти SRM 2779 Мексиканского залива и кандидата SRM 2777, подвергнутой выветриванию сырой нефти Мексиканского залива. Межведомственный/внутренний отчет NIST 8123 , создано 20 апреля 2016 г., обновлено 10 ноября 2018 г., https://doi.org/10.6028/NIST.IR.8123.
Найлс, С.Ф., М.Л. Чакон-Патиньо, Х. Чен, А.М. Маккенна, Г.Т. Блэкни, Р. П. Роджерс и А. Г. Маршалл. 2019. Молекулярная характеристика маслорастворимых продуктов фотоокисления кетонов/альдегидов с помощью масс-спектрометрии с ионным циклотронным резонансом с преобразованием Фурье выявила сходство между микрокосмом и полевыми образцами. Экологические науки и технологии 53:6,887–6,894, https://doi.org/10.1021/acs.est.9b00908.
NIST (Национальный институт стандартов и технологий). 2020. Технические детали SRM 2779, сырая нефть Мексиканского залива, https://www-s.nist.gov/srmors/view_detail.cfm?srm=2779.
Никсон З., С. Зенгель, М. Бейкер, М. Штайнхофф, Г. Фрикано, С. Рухани и Дж. Мишель. 2016. Загрязнение береговой линии в результате разлива нефти на платформе Deepwater Horizon. Бюллетень о загрязнении морской среды 107:170–178, https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2016.04.003.
Управление реагирования и восстановления NOAA. 2020. Остатки от сжигания нефти на месте на воде, https://response.restoration.noaa.gov/oil-and-chemical-spills/oil-spills/resources/residues-in-situ-burning-oil-water .html.
Ольденбург, Т.Б.П., М. Браун, Б. Беннетт и С.Р. Лартер. 2014. Влияние уровня термической зрелости на состав сырой нефти, оцененное с помощью масс-спектрометрии сверхвысокого разрешения. Органическая геохимия 75:151–168, https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2014.07.002.
Ольденбург, Т.Б.П., П. Ягер, Дж. Грос, С.А. Соколофски, С. Пеш, Дж. Р. Радович и А. Ягги. 2020. Физико-химические свойства нефти и газа в пластовых и глубоководных условиях. Стр. 25–42 в Глубокие разливы нефти . С.А. Муравски, С.Х. Эйнсворт, С. Гилберт, Д.Дж. Холландер, К.Б. Пэрис, М. Шлютер и Д.Л. Wetzel, ред., Springer Nature Switzerland, Чам, Швейцария, https://doi.org/10.1007/978-3-030-11605-7_3.
Овертон, Э.Б., Т.Л. Уэйд, Дж. Р. Радович, Б.М. Мейер, М.С. Майлз и С.Р. Лартер. 2016. Химический состав макондо и других сырых нефтей и изменения состава во время разливов нефти. Океанография 29:50–63, https://doi.org/10.5670/oceanog.2016.62.
Пассоу, У. и С.А. Стаут. 2020. Характер и осаждение «задерживающейся» нефти Macondo в глубоководных районах после разлива нефти Deepwater Horizon. Морская химия 218:103733, https://doi.org/10.1016/j.marchem.2019.103733.
Перринг, А.Е., Дж.П. Шварц, Дж.Р. Спакман, Р. Бахрейни, Дж.А. де Гау, Р.С. Гао, Дж.С. Холлоуэй, Д.А. Джек, Дж. М. Лэнгридж, Дж. Пейшл и другие. 2011. Характеристики аэрозоля черного углерода от поверхностного горения нефти во время разлива нефти Deepwater Horizon. Письма о геофизических исследованиях 38(17), https://doi.org/10.1029/2011GL048356.
Петерс, К.Е., К.К. Уолтерс и Дж. М. Молдован. 2005а. Руководство по биомаркерам: Том 1, Биомаркеры и изотопы в окружающей среде и истории человечества . Columbia University Press, New York, NY, 481 стр.
Peters, K.E., C.C. Уолтерс и Дж. М. Молдован. 2005б. Руководство по биомаркерам: Том 2, Биомаркеры и изотопы в разведке нефти и истории Земли . Издательство Колумбийского университета, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 704 стр. 9.0003
Куигг А., Дж.В. Фаррингтон, С. Гилберт, С.А. Муравски и В.Т. Джон. 2021. Десятилетие науки о диспергентах GoMRI: извлеченные уроки и рекомендации на будущее. Океанография 34(1):98–111, https://doi.org/10.5670/oceanog.2021.119.
Радке М. и Д. Х. Велте. 1983. Метилфенантреновый индекс (MPI): параметр зрелости, основанный на ароматических углеводородах. Стр. 504–512 в Достижения в области органической геохимии, 1981: Материалы 10-го Международного совещания по органической геохимии. Бергенский университет, Норвегия, 14–18 сентября 1981 . М. Бьорой, изд., Wiley & Sons, Чичестер, Великобритания.
Радке, М., Х. Вилш и Д. Х. Велте. 1984. Разделение классов ароматических соединений в экстрактах горных пород и ископаемом топливе с помощью жидкостной хроматографии. Аналитическая химия 56:2,538–2,546, https://doi.org/10.1021/ac00277a061.
Редди, К.М., Дж.С. Арей, Дж.С. Зеевальд, С.П. Сильва, К.Л. Лемкау, Р.К. Нельсон, К.А. Кармайкл, К.П. Макинтайр, Дж. Фенвик, Г.Т. Вентура и др. 2012. Состав и судьба газа и нефти, выброшенных в толщу воды во время разлива нефти на платформе Deepwater Horizon. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 109:20,229–20,234, https://doi.org/10.1073/pnas.1101242108.
Россини, Ф. Д. и Б. Дж. Мэйр. 1959. Работа исследовательского проекта API 6 по составу нефти. Стр. 223–245 в Материалы 5-го -го Всемирного нефтяного конгресса , сек. V, Paper 18.
Радди, Б.М., М. Хюттель, Дж. Э. Костка, В.В. Лободин, Б.Дж. Байтелл, А.М. Маккенна, К. Эппли, К.М. Редди, Р.К. Нельсон, А. Г. Маршалл и Р. П. Роджерс. 2014. Целевая нефтехимия: Аналитическое исследование продуктов окисления нефти из скважины Макондо из Пенсакола-Бич. Energy & Fuels 28:4,043–4,050, https://doi.org/10.1021/ef500427n.
Руллькеттер, Дж. и В. Михаэлис. 1990. Структура керогена и родственных материалов: обзор последних достижений и будущих тенденций. Органическая геохимия 16:829–852, https://doi.org/10.1016/0146-6380(90)-F.
Райерсон, Т.Б., К.С. Айкин, В.М. Анжевин, Э.Л. Атлас, Д.Р. Блейк, Калифорния Брок, Ф.К. Фехсенфельд, Р.-С. Гао, Дж.А. де Гау, Д.В. Фейи и др. 2011. Атмосферные выбросы от разлива Deepwater Horizon ограничивают разделение воздух-вода, судьбу углеводородов и скорость утечки. Письма о геофизических исследованиях 38(7), https://doi. org/10.1029/2011GL046726.
Райерсон Т.Б., Р. Камилли, Дж.Д. Кесслер, Э.Б. Куявинский, К.М. Редди, Д.Л. Валентайн, Э. Атлас, Д.Р. Блейк, Ж. де Гау, С. Мейнарди и другие. 2012. Химические данные определяют скорость потока углеводородов Deepwater Horizon и их распределение в окружающей среде. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 109:20,246–20,253, https://doi.org/10.1073/pnas.1110564109.
Сандифер, П.А., А. Фергюсон, М.Л. Финукейн, М. Партика, Х.М. Соло-Габриэле, А. Х. Уокер, К. Вовк, Р. Каффи и Д. Йосковиц. 2021. Здоровье человека и социально-экономические последствия разлива нефти на платформе Deepwater Horizon в Мексиканском заливе. Океанография 34(1):174–191, https://doi.org/10.5670/oceanog.2021.125.
Шаум Дж., М. Коэн, С. Перри, Р. Арц, Р. Дракслер, Дж. Б. Фритсен, Д. Хейст, М. Лорбер и Л. Филлипс. 2010. Оценка уровня скрининга рисков, связанных с выбросами диоксинов при сжигании нефти в результате разлива нефти на платформе BP Deepwater Horizon в Мексиканском заливе. Экология и технологии 44:9,383–9,389, https://doi.org/10.1021/es103559w.
Зайферт, В. К. и Дж. М. Молдован. 1986. Использование биологических маркеров при разведке нефти. Стр. 261–290 в Методах геохимии и геофизики, том 24 . Р. Б. Джонс, изд., Elsevier, Амстердам, Нидерланды.
Шервуд Лоллар, Б., Т.Д. Вестгейт, Дж.А. Уорд, Г.Ф. Слейтер и Г. Лакрамп-Кулум. 2002. Абиогенное образование алканов в земной коре как второстепенный источник глобальных резервуаров углеводородов. Природа 416:522–524, https://doi.org/10.1038/416522a.
Смит, Х.М. 1968. Качественные и количественные аспекты состава сырой нефти . Бюллетень горнодобывающего управления США 642, Министерство внутренних дел США, Вашингтон, округ Колумбия, 136 стр.
Snowdon, L.R., J.K. Фолькман, З. Чжан, Г. Тао и П. Лю. 2016. Органическая геохимия асфальтенов и окклюзионных биомаркеров. Органическая геохимия 91:3–15, https://doi.org/10.1016/j.orggeochem. 2015.11.005.
Спейт, Дж.Г. 2015. Справочник по анализу нефтепродуктов , 2 и изд. Wiley-Interscience, Hoboken, 351 стр.
Стаут, С.А., и Дж. Р. Пейн. 2016. Химический состав плавучих и затонувших остатков сжигания на месте разлива нефти Deepwater Horizon. Бюллетень о загрязнении морской среды 108:186–202, https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2016.04.031.
Стаут, С.А., и З. Ван, ред. 2018. Примеры судебно-медицинской экспертизы разливов нефти . Butterworth-Heinemann, Elsevier, Оксфорд, Великобритания, 860 стр., https://doi.org/10.1016/B978-0-12-804434-6.00035-5.
Вызов Р.Э., Л.Л. Янке, Дж.М. Хоупа и Г.А. Логан. 1999. 2-метилгопаноиды как биомаркеры оксигенного фотосинтеза цианобактерий. Природа 400:554–557, https://doi.org/10.1038/23005.
Тауфик Н. и Д. Олсен. 1993 г. Реакция Саудовской Аравии на разлив нефти в Персидском заливе в 1991 г. Бюллетень о загрязнении морской среды 27:333–345, https://doi. org/10.1016/0025-326X(93)-Х.
Tissot, B.P. и D.H. Welte. 1984. Нефтяное образование и залегание , 2 и изд. Springer, Heidelberg, 699 стр.
Валентайн Д.Л., Дж.Д. Кесслер, М.К. Редмонд, С.Д. Мендес, М.Б. Хайнц, К. Фаруэлл, Л. Ху, Ф.С. Киннаман, С. Ивон-Льюис, М. Дю и другие. 2010. Дыхание пропаном запускает реакцию микробов на глубокий разлив нефти. Наука 330:208–211, http://doi.org/10.1126/science.1196830.
Ван ден Берг, М., Л.С. Бирнбаум, М. Деннисон, М. Де Вито, У. Фарланд, М. Фили, Х. Фидлер, Х. Хаканссон, А. Ханберг, Л. Хоуз и другие. 2006. Переоценка Всемирной организацией здравоохранения 2005 года факторов эквивалентности токсичности диоксинов и диоксиноподобных соединений для человека и млекопитающих. Токсикологическая наука 93:223–241, https://doi.org/10.1093/toxsci/kfl055.
Вита, М.Ф. 2016. Хроматография: принципы и приборы. Wiley & Sons, Hoboken, NJ, 268 стр.
Wang, Q., B. Leonce, M. E. Seeley, N.F. Адегбойега, К. Лу, В.К. Хокадей и З. Лю. 2020. Выяснение пути образования фотогенерированных асфальтенов из легкой малосернистой сырой нефти Луизианы после воздействия естественного солнечного света в Мексиканском заливе. Органическая геохимия 150:104126, https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2020.104126.
Велте, Д.Х., Б. Хорсфилд и Д.Р. Бейкер, ред. 1997. Нефть и развитие бассейнов . Springer, Berlin, Heidelberg, 535 стр.
Уайт, Х.К., Р.Н. Конми, И.Р. Макдональд и Ч. Р. Редди. 2016а. Методы обнаружения нефти в ответ на разлив нефти на платформе Deepwater Horizon. Океанография 29:76–87, https://doi.org/10.5670/oceanog.2016.72.
Белый, H.K., C.H. Ван, П.Л. Уильямс, Д.М. Финдли, А.М. Терстон, Р.Л. Симистер, К. Эппли, Р.К. Нельсон и К.М. Редди. 2016б. Долгосрочное выветривание и продолжающееся окисление остатков нефти от разлива Deepwater Horizon. Бюллетень о загрязнении морской среды 113:380–386, https://doi. org/10.1016/j.marpolbul.2016.10.029.
Ян, К., Г. Чжан, З. Ван, З. Ян, Б. Холлебон, М. Ландрио, К. Шах и К. Э. Браун. 2014. Разработка методики точного количественного определения алкилированных полициклических ароматических углеводородов в пробах окружающей среды, загрязненных нефтью и нефтью. Analytical Methods 6:7,760–7,771, https://doi.org/10.1039/C4AY01393J.
Зито, П., Д.К. Подгорски, Т. Бартжес, Ф. Гиллеметт, Дж.А. Робак-младший, Р.Г.М. Спенсер, Р. П. Роджерс и М. А. Тарр. 2020. Индуцированное солнечным светом молекулярное превращение нефти в окисленные растворимые в масле частицы, межфазный материал и растворенное органическое вещество. Energy & Fuels 34(4):4,721–4,726, https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.9b04408.
Copyright & Usage
Эта статья находится в открытом доступе в соответствии с условиями международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате при условии, что пользователи надлежащим образом цитируют материалы, предоставляют ссылку на лицензию Creative Commons и указывают изменения, внесенные в исходный контент. Изображения, анимация, видео или другие сторонние материалы, используемые в статьях, включены в лицензию Creative Commons, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, пользователям необходимо будет получить разрешение непосредственно от держателя лицензии на воспроизведение материала.
Бензин : Ответы по охране труда
Ответы по охране труда Информационные бюллетени
Легко читаемые информационные бюллетени с вопросами и ответами, охватывающие широкий спектр вопросов охраны здоровья и безопасности на рабочем месте, от опасностей до болезней, эргономики и продвижения по службе. ПОДРОБНЕЕ >
Загрузите бесплатное приложение OSH Answers
Поиск по всем информационным бюллетеням:
Поиск
Введите слово, фразу или задайте вопрос
ПОМОЩЬ
Каковы другие названия или идентифицирующая информация для бензина?
Регистрационный номер CAS : 8006-61-9
Другие названия : Автомобильный бензин, Бензин, Неэтилированный бензин
Основное применение : Топливо, промышленный растворитель
Внешний вид: прозрачная бесцветная жидкость янтарного цвета — .
Запах : Бензиновый
Канадский TDG : UN1203
Что такое WHMIS 1988 классификация?
B2 — Легковоспламеняющаяся жидкость; D2A — Очень токсичный (канцерогенный)
Класс B2
Класс D2A
Что нужно знать о бензине в чрезвычайной ситуации?
Аварийный обзор: Прозрачная бесцветно-янтарная летучая жидкость. Бензиновый запах. ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩАЯСЯ ЖИДКОСТЬ И ПАР. Возможны дистанционное воспламенение и обратный отсчет. Может накапливать статический заряд. Может плавать на воде и распространять огонь. ОПАСНОСТЬ В ЗАМКНУТОМ ПРОСТРАНСТВЕ. Может накапливаться в опасных количествах в низинах, особенно в замкнутых пространствах. Может вызывать сонливость и головокружение. ПОДОЗРЕНИЕ ОПАСНОСТИ РАКА. Подозревается в возникновении рака. АСПИРАЦИОННАЯ опасность. Может быть смертельным при проглатывании и попадании в дыхательные пути.
Каково потенциальное воздействие бензина на здоровье?
Основные пути воздействия: Вдыхание. Контакт с кожей. Зрительный контакт.
- Вдыхание: Может раздражать нос и горло. Может нанести вред нервной системе. Симптомы могут включать головную боль, тошноту, головокружение, сонливость и спутанность сознания. Серьезное воздействие может привести к потере сознания.
- Контакт с кожей: Может вызывать легкое раздражение. Повторное или длительное воздействие может вызвать раздражение кожи. Не ожидается, что он впитается через кожу. Любой контакт с кожей также приведет к значительному вдыханию.
- Контакт с глазами: Не раздражает.
- Проглатывание: Может раздражать рот, горло и желудок. Может вызывать эффекты, описанные для вдыхания. Опасность аспирации. Может попасть в легкие при проглатывании или рвоте, вызывая серьезное повреждение легких. Результатом может быть смерть.
- Последствия длительного (хронического) воздействия: Может вызывать сухость, покраснение, растрескивание кожи (дерматит) после контакта с кожей. Бензин представляет собой сложную смесь, содержащую до 250 отдельных углеводородов, в том числе несколько с хорошо известной токсичностью (например, бензол, толуол, ксилолы и н-гексан). Однако имеется мало информации о потенциальных последствиях длительного профессионального воздействия самого бензина. Большая часть имеющейся информации касается нейротоксических эффектов от преднамеренного длительного злоупотребления или «вдыхания» бензина. Эти экстремальные воздействия не имеют отношения к профессиональным воздействиям. Воздействие на кровь, наблюдаемое в некоторых исследованиях, скорее всего связано с наличием бензола или свинца в бензине.
- Канцерогенность: Возможный канцероген. Может вызвать рак на основании информации о животных. Был связан с: раком крови или системы крови, раком почки.
Международное агентство по изучению рака (IARC): Группа 2B — Возможно канцерогенное воздействие на человека.
Американская конференция государственных специалистов по промышленной гигиене (ACGIH): A3 — Подтвержденный канцероген для животных.
- Тератогенность/эмбриотоксичность: Неизвестно о вреде для неродившегося ребенка.
- Токсичность для репродуктивной системы: Опасность для репродуктивной системы не установлена.
- Мутагенность: Выводы не могут быть сделаны на основании имеющихся ограниченных исследований. Бензин содержит переменное количество бензола, известного мутагена.
Какие меры первой помощи при бензине?
Вдыхание: Принять меры предосторожности для предотвращения пожара (например, удалить источники возгорания). Перед спасательными операциями примите меры предосторожности для обеспечения собственной безопасности (например, наденьте соответствующее защитное снаряжение). Вынести пострадавшего на свежий воздух. Позвоните в токсикологический центр или к врачу, если пострадавший плохо себя чувствует.
Контакт с кожей: Быстро снять загрязненную одежду, обувь и изделия из кожи (например, ремешки для часов, ремни). Быстро и аккуратно промокните или смахните излишки химикатов. Аккуратно и тщательно промойте теплой, слегка проточной водой и неабразивным мылом в течение 5 минут. Позвоните в токсикологический центр или к врачу, если пострадавший плохо себя чувствует. Тщательно очистите одежду, обувь и изделия из кожи перед повторным использованием или безопасной утилизацией.
При попадании в глаза: Быстро и аккуратно промокните лицо химикатом или смахните его щеткой. Немедленно промойте загрязненный глаз (глаза) теплой водой под слабой струей в течение 5 минут, удерживая веко (веки) открытыми. Если раздражение или боль сохраняются, обратитесь к врачу.
Проглатывание: Попросить пострадавшего прополоскать рот водой. Если рвота возникает естественным образом, наклоните пострадавшего вперед, чтобы уменьшить риск аспирации. Попросите пострадавшего снова прополоскать рот водой. Немедленно позвоните в токсикологический центр или к врачу.
Первая помощь Комментарии: Все процедуры по оказанию первой помощи должны периодически проверяться врачом, знакомым с химическим веществом и условиями его использования на рабочем месте.
Что такое пожароопасность и средства пожаротушения для бензина?
Воспламеняющиеся свойства: ЛЕГКО ОГНЕОПАСНАЯ ЖИДКОСТЬ. Может воспламеняться при комнатной температуре. Выделяет пары, которые могут образовывать взрывоопасную смесь с воздухом. Может воспламениться от статического разряда.
Подходящие средства пожаротушения : Двуокись углерода, сухой химический порошок, соответствующая пена, распыленная вода или туман. Следует проконсультироваться с производителями пены для получения рекомендаций относительно типов пены и нормы внесения.
Особые опасности, связанные с химическими веществами: Жидкость может плавать на воде и перемещаться в отдаленные места и/или распространять огонь. Жидкость может накапливать статический заряд из-за течения, разбрызгивания или взбалтывания. Пары могут перемещаться на значительное расстояние к источнику воспламенения и вспыхивать обратно к утечке или открытому контейнеру. Пары могут накапливаться в опасных количествах в низинах, особенно в замкнутых пространствах, что может привести к опасности отравления. Закрытые контейнеры могут сильно разорваться при нагревании, высвобождая содержимое. Термическое разложение и продукты горения сильно зависят от условий горения и типа присутствующих добавок и примесей. При пожаре могут образовываться следующие опасные вещества: очень токсичный угарный газ, двуокись углерода; коррозионные, окисляющие оксиды азота; очень токсичные полициклические ароматические углеводороды; агрессивные оксиды серы; и другие химические вещества.
Каковы опасности стабильности и реакционной способности бензина?
- Химическая стабильность: Обычно стабилен.
- Условия, которых следует избегать: Открытый огонь, искры, статический разряд, тепло и другие источники воспламенения.
- Несовместимые материалы: Повышенный риск возгорания и взрыва при контакте с: окислителями (например, пероксидами). Не вызывает коррозию металлов.
- Опасные продукты разложения: Неизвестно.
- Возможность опасных реакций: Неизвестно.
Каковы меры по предотвращению аварийного выброса бензина?
Меры личной безопасности: Устранить все источники возгорания. Используйте заземленное взрывозащищенное оборудование. При необходимости используйте средства индивидуальной защиты.
Методы локализации и очистки: Остановить или уменьшить утечку, если это безопасно. Небольшие разливы или утечки: локализуйте и впитайте разлив абсорбентом, который не вступает в реакцию с пролитым продуктом. НЕ используйте горючие материалы, такие как опилки. Промойте место разлива. Крупные разливы или утечки: обратитесь за консультацией в аварийно-спасательные службы и к производителю/поставщику.
Какие методы обращения и хранения следует использовать при работе с бензином?
Обращение: Немедленно сообщайте об утечках, разливах или отказах предохранительного оборудования (например, системы вентиляции). Устраните источники тепла и воспламенения, такие как искры, открытое пламя, горячие поверхности и статический разряд. Разместите таблички «Не курить». Не используйте вблизи сварочных работ или других источников высокой энергии. Электрическое соединение и заземление оборудования. Зажимы заземления должны касаться голого металла. Предотвращайте случайный контакт с несовместимыми химическими веществами.
Хранение: Хранить в прохладном, сухом, хорошо вентилируемом месте, вдали от прямых солнечных лучей и источников тепла и воспламенения, в безопасном месте и отдельно от рабочих зон. Электрически соедините и заземлите контейнеры. Зажимы заземления должны касаться голого металла. Держите количество на складе до минимума.
Какой предел воздействия бензина рекомендован Американской конференцией государственных специалистов по промышленной гигиене (ACGIH®)?
ACGIH® TLV® — TWA: 300 частей на миллион A3
ACGIH® TLV® — STEL [C]: 500 ppm A3
Рекомендации по воздействию Комментарии: TLV® = пороговое предельное значение. TWA = взвешенное по времени среднее значение. STEL = предел кратковременного воздействия. C = предел потолка. A3 = канцероген для животных.
ПРИМЕЧАНИЕ. Во многих (но не во всех) юрисдикциях Канады пределы воздействия аналогичны ACGIH® TLVs®. Поскольку законодательство зависит от юрисдикции, обратитесь в местную юрисдикцию для получения точной информации. Список доступен в Ответах по охране труда о государственных департаментах охраны труда и техники безопасности Канады.
Список актов и правил, регулирующих пределы воздействия химических и биологических агентов, доступен на нашем веб-сайте. Обратите внимание, что, хотя вы можете ознакомиться со списком законодательных актов бесплатно, для просмотра фактической документации вам потребуется подписка.
Что такое инженерный контроль для бензина?
Средства инженерного контроля: Используйте местную вытяжную вентиляцию, если общая вентиляция недостаточна для контроля количества в воздухе. Используйте искробезопасные системы вентиляции, утвержденное взрывозащищенное оборудование и искробезопасные электрические системы в местах, где используется и хранится данное изделие. Контролируйте разряды статического электричества, включая заземление оборудования.
Какие средства индивидуальной защиты (СИЗ) необходимы при работе с бензином?
Защита глаз/лица: Не требуется, но рекомендуется носить защитные очки или очки химической защиты.
Защита кожи: Носите одежду химической защиты, напр. перчатки, фартуки, сапоги. Подходящие материалы включают: нитриловый каучук, Viton®, Tychem® BR/LV, Tychem® Responder® CSM, Tychem® TK. Рекомендации НЕ действительны для очень тонких перчаток из нитрилового каучука (0,3 мм или менее).
Защита органов дыхания:
При концентрациях выше ПДН NIOSH или при отсутствии ПДК, при любой определяемой концентрации:
(APF = 10 000) Любой автономный дыхательный аппарат с полной лицевой маской, работающий в режим давления-требования или другой режим положительного давления; или Любой респиратор с подачей воздуха, который имеет полную лицевую часть и работает в режиме «давление-требование» или в другом режиме избыточного давления в сочетании со вспомогательным автономным дыхательным аппаратом избыточного давления.
Рекомендуемый NIOSH предел воздействия (REL) для бензина не установлен.
APF = присвоенный коэффициент защиты
Рекомендации применимы только к респираторам, одобренным Национальным институтом охраны труда и здоровья (NIOSH). Дополнительную информацию см. в Карманном справочнике NIOSH по химическим опасностям.
ПРИМЕЧАНИЕ. NIOSH классифицировал это вещество как потенциальный профессиональный канцероген в соответствии со специальными критериями NIOSH. Эта классификация отражена в этих рекомендациях по защите органов дыхания, в которых указывается, что при любой обнаруживаемой концентрации следует носить только самые надежные и защитные респираторы. NIOSH изменил свою политику защиты органов дыхания от возможных канцерогенов, но еще не пересмотрел эти рекомендации по защите органов дыхания. Требования в канадских юрисдикциях могут различаться.
Документ последний раз обновлялся 3 января 2017 г.
Добавьте значок на свой веб-сайт или в интранет, чтобы ваши сотрудники могли быстро найти ответы на свои вопросы по охране труда и технике безопасности.
Что нового
Ознакомьтесь с нашим списком «Что нового», чтобы узнать, что было добавлено или изменено.
Нужна дополнительная помощь?
Свяжитесь с нашей информационной линией безопасности
905-572-2981
Бесплатный номер 1-800-668-4284
(в Канаде и США)
Расскажите нам, что вы думаете
Как мы можем сделать наши услуги более полезными для вас? Свяжитесь с нами, чтобы сообщить нам.
Сопутствующие товары и услуги
Вас также могут заинтересовать следующие сопутствующие товары и услуги от CCOHS:
Отказ от ответственности
Несмотря на то, что предпринимаются все усилия для обеспечения точности, актуальности и полноты информации, CCOHS не гарантирует, не гарантирует, не заявляет и не ручается за правильность, точность или актуальность предоставленной информации. CCOHS не несет ответственности за любые убытки, претензии или требования, возникающие прямо или косвенно в результате любого использования или доверия к информации.
© Copyright 1997-2022 Canadian Center for Occupational Health & Safety
Молекула этанола. Химические и физические свойства
Химическое вещество
соединение этанол , также известный как этил
спирт или зерновой спирт , является
биоспирт, содержащийся в алкогольных напитках. Когда не химики
относятся к « спирт «, они почти всегда означают
этиловый спирт. Он также все чаще используется в качестве топлива (обычно
замена или дополнение бензина). Химическая формула этанола
это С 2 Н 5 ОХ.
Недвижимость
Чистый этанол
представляет собой легковоспламеняющуюся бесцветную жидкость с температурой кипения 78,5°С.
C. Его низкая температура плавления -114,5° C позволяет использовать его
в антифризах. Имеет приятный запах, напоминающий
виски. Его плотность составляет 789 г/л об.
на 20% меньше, чем у воды.
Он легко растворяется в воде и сам по себе является хорошим растворителем.
используется в парфюмерии, красках и настойках. Алкогольные напитки имеют
большое разнообразие вкусов, так как различные вкусовые соединения
растворяются в процессе заваривания. >Решение
70-85% этанола обычно используется в качестве дезинфицирующего средства; Это
убивает организмы, денатурируя их белки и растворяя
их липидов: эффективен против большинства бактерий и грибков,
и многих вирусов, но неэффективен против бактериальных спор.
Дезинфицирующее свойство этанола является причиной того, что алкоголь
напитки могут храниться длительное время.
Этанол может терять протон из гидроксильной группы и является очень слабым кислота, слабее воды. Номер CAS этанола: 64-17-5. и его номер ООН — UN 1170.
Этанол как топливо
Этанол
легко воспламеняется и сгорает более чисто, чем многие другие виды топлива. При полном сгорании его продуктами сгорания является только углерод.
диоксид и вода. По этой причине он предпочтителен для окружающей среды.
сознательных транспортных схем и использовался для подпитки общественного
автобусов. Однако чистый этанол воздействует на некоторые виды резины и пластика.
материалы и не могут быть использованы в немодифицированных автомобильных двигателях. Кроме того,
этанол имеет гораздо более высокое октановое число, чем обычный бензин,
требующие изменения угла опережения зажигания в двигателях.
Смесь
бензин с содержанием этанола не менее 10 % называется
газоголь. Одним из распространенных вариантов бензина является «Е15», содержащий 15%
этанол и 85% бензин. Эти концентрации, как правило,
безопасен для обычных автомобильных двигателей, а некоторые регионы и
муниципалитеты требуют, чтобы продаваемое на месте топливо содержало
ограниченное количество этанола.
Срок «Этанол Е85» используется для смеси 15% бензина и 85% этиловый спирт. Начиная с модельного года 1999, количество автомобилей в США были изготовлены для работы на E85 топливо без доработок. Большинство автомобилей было официально классифицируется как легкие грузовики (класс, содержащий микроавтобусы, внедорожники и пикапы). Эти автомобили часто маркированные двухтопливными или гибкими топливными транспортными средствами, поскольку они могут автоматически определять тип топлива и изменять поведение, чтобы компенсировать различные способы, которыми они горят в цилиндрах двигателя.
В Бразилии
и США, использование этанола из сахарного тростника
а зерно в качестве автомобильного топлива продвигается государственными программами.
Некоторые отдельные штаты США в кукурузном поясе начали субсидировать
этанол из кукурузы (кукурузы) после арабского нефтяного эмбарго 1973 года. Закон о налоге на энергию 1978 г. разрешил освобождение от акцизного налога.
для биотоплива, в основном бензина. Только освобождение от акцизов
оценивается в 1,4 миллиарда долларов США в год. Другая
Федеральная программа США гарантирует кредиты на строительство
заводов по производству этанола, а в 1986 США даже дали этанол
производители бесплатной кукурузы.
Окружающая среда дружелюбие
Аргументы
в пользу этанола — поиск снижения зависимости
на страны-производители нефти и снижение чистой добычи
парниковый газ углекислый газ. Некоторые критики утверждают, что
в основном это государственная субсидия для агробизнеса, выращивающего кукурузу.
Корпорация Archer Daniels Midland из Декейтера, Иллинойс,
более известный как ADM, крупнейший в мире переработчик зерна,
производит 40% этанола, используемого для производства бензина в США.
Компания и ее сотрудники красноречиво выступили в свою защиту. этанола и щедро вносит свой вклад как в политическую
стороны.
Другое критики утверждают, что экономически абсурдно рассматривать этанол из зерна в качестве замены нефти, когда промышленный этанол производится из нефтяного сырья, потому что он далеко дешевле, чем ферментированный этанол. Экологи не любят подобные аргументы, так как они выступают за переход на возобновляемые энергии вместо постоянного использования ископаемого топлива.
Есть
Широко распространено мнение, что топливо, содержащее этанол, более
экологичнее, чем бензин без присадок.
Однако существуют разногласия по поводу необходимости этанола.
в автомобильном топливе мудро, так как утверждалось, что
благотворное влияние этанола может быть достигнуто с помощью других более дешевых
присадки из нефти. Кроме того, как экологические
Агентство по охране и Национальная академия наук
выпустил «отчеты, показывающие, что добавление этанола к бензину
в лучшем случае не влияют на качество воздуха и могут даже
это хуже. Исследования показывают, что этанол может даже увеличить выбросы
оксидов азота и летучих органических соединений, которые
основные ингредиенты смога».
Нетто энергетическая ценность
Некоторые исследования обнаружили, что общая энергия, необходимая для производства этанола из зерна, включая ферментацию, удобрение, топливо для фермы тракторы, уборка и транспортировка зерна, строительство и эксплуатация завода по производству этанола, а также природный газ, используемый для перегоняет кукурузный сахар в спирт — превышает содержание энергии этанола. Поскольку производственная энергия поступает в основном из ископаемых топлива, бензин не только тратит деньги, но и ускоряет истощение невозобновляемых ресурсов, утверждают критики. Большинство таких исследований были основаны на данных, собранных в 1970-е годы и начало 1980-х гг.
Ранний
было показано, что системы производства кукурузного этанола имеют отрицательный
чистый энергетический баланс, означающий, что произведенная энергия не
равна или превышает количество энергии, затрачиваемой на
этиловый спирт. Однако усовершенствования технологии производства этанола
переломил ситуацию, и большинство исследований современных систем указывают на то,
что они теперь имеют положительный чистый энергетический баланс. Как поздно
как и в 2001 году, анализы продолжали указывать на то, что этанол
имеет отрицательный энергетический баланс. Рецензируемое исследование Корнелла
Профессор экологии университета Дэвид Пиментель указал на
этот вывод, но исследование было опровергнуто другими в
поле, вынуждая Пиментеля пересмотреть свои цифры. В августе 2003 г.
он заявил в бюллетене Корнелла, что производство этанола
занимает всего 29% больше энергии, чем производит.
Многие другие
были проведены исследования производства этанола из кукурузы, с
очень разные оценки полезной энергии. Большинство указывает, что производство
требует энергии, эквивалентной 1/2, 2/3 или более топлива
производится необходимо для запуска процесса. Отчет за 2002 г.
Министерство сельского хозяйства США пришло к выводу, что
этанол из кукурузы в США имеет чистую энергетическую ценность
1,34, что означает, что было произведено на 34% больше энергии, чем было потрачено
дюйм. Это означает, что 75% (1/1,34) каждой произведенной единицы
требуется для замены энергии, используемой в производстве.
Альтернативный источники
Сахар тростник растет на юге США, но не в более прохладном климат, где преобладает кукуруза. Однако многие регионы, в настоящее время выращивают кукурузу также являются подходящими областями для выращивания сахарная свекла. Некоторые исследования показывают, что использование этих сахаров свекла была бы гораздо более эффективным методом производства этанола в США, чем с использованием кукурузы.
Бразильский эксперимент
Бразилия,
этанол производится из сахарного тростника, что является более эффективным
источником ферментируемых углеводов, чем кукуруза, и намного легче
выращивать и обрабатывать. Выращивание сахарного тростника требует мало труда,
а государственная налоговая и ценовая политика сделали этанол
производство очень прибыльный бизнес для крупных ферм. Как следствие,
за последние 25 лет сахарный тростник стал одним из основных
культур, выращиваемых в стране.
тростник прессуется, ферментируется и перегоняется на крупных заводах по производству этанола, обычно принадлежащих и управляются крупными фермами или фермерскими консорциумами и расположены вблизи производственных полей. Волокна стеблей (жом), которые остаются после переработки сахарного тростника, регулярно используется в качестве топлива нефтеперерабатывающими заводами, что снижает себестоимость производства. Массовый продукт продается по регулируемым ценам государственной нефтяной компании ( Petrobrás ).
Большинство автомобилей работают либо на
спирт или бензин; только недавно стали доступны двухтопливные двигатели. Рыночная доля этих двух типов сильно различалась за последние десятилетия, в ответ на
способствовать изменениям цен (которые устанавливаются правительством, в основном для политических
причины). Большинство заправочных станций продают оба вида топлива.
Бразильская программа этанола в качестве топлива значительно сократила импорт нефти в страну
счет, и заметно улучшилось качество воздуха в больших городах. Однако это также
породила множество экологических и социальных проблем. Поля сахарного тростника
традиционно сжигают непосредственно перед сбором урожая, чтобы удалить листья и
убить змей. Поэтому в районах выращивания сахарного тростника дым от
горящие поля окрашивают небо в серый цвет в течение всего сезона сбора урожая. Поскольку ветры несут
дым в близлежащие города, загрязнение воздуха становится критическим и проблемы с дыханием
парить. Таким образом, загрязнение воздуха, которое удалялось из больших городов, просто переносилось
(и многократно) в сельские районы. (В последнее время эта практика уменьшается,
из-за давления со стороны общественности и органов здравоохранения; но мощный сахарный тростник
лобби производителей удалось предотвратить полный запрет.)
Этанол программа также привела к повсеместному замещению мелких ферм и разнообразное сельское хозяйство благодаря обширным морям монокультуры сахарного тростника, ведет к сокращению биоразнообразия и дальнейшему сокращению остаточных коренных лесов (не только от вырубки но и из-за пожаров, вызванных возгоранием прилегающих поля). Замена продовольственных культур более прибыльными сахарный тростник также привел к резкому росту цен на продукты питания. за последнее десятилетие.
>Поскольку
сахарный тростник требует только ручного труда во время сбора урожая, этот сдвиг также создал
большое количество обездоленных рабочих-мигрантов, которые могут найти только временную работу
в качестве резчиков тростника (около 3–5 долларов США в день) в течение одного или двух месяцев в году. Этот
огромная социальная проблема способствовала политическим волнениям и насилию в сельской местности.
районах, которые в настоящее время страдают от повторяющихся вторжений на фермы, вандализма, вооруженных столкновений,
и убийства.
Этанол в водородной экономике
Развивающаяся
мнение состоит в том, что нынешним потребителям ископаемого топлива следует перейти
к использованию водорода в качестве топлива, создав новую так называемую водородную
экономика. Однако водород не следует рассматривать как
источник топлива сам по себе — с этой точки зрения на использование энергии,
водород — это просто промежуточный носитель энергии, существующий
между источником энергии (будь то солнечная энергия, биотопливо и
даже ископаемое топливо) и место где будет энергия
использовал. Поскольку водород в газообразном состоянии занимает очень
большой объем по сравнению с другими видами топлива, логистика становится
очень трудная проблема. Одним из возможных решений является использование
этанол для транспортировки водорода, а затем высвобождает водород
из попутного углерода в установке водородного риформинга и подачи
водород в топливный элемент. Альтернативно, некоторые топливные элементы
можно напрямую питать этанолом.
В начале
В 2004 году исследователи из Университета Миннесоты объявили
что они изобрели простой этанольный реактор,
взять этанол, пропустить его через стопку катализаторов и вывести
водород подходит для топливного элемента. В устройстве используется родиево-цериевая
катализатор начальной реакции, протекающей при температуре
около 700 °С. Эта начальная реакция смешивает этанол, воду
пар и кислород, производя большое количество водорода.
К сожалению, это также приводит к образованию углерода.
окись, вещество, которое «душит» большинство топливных элементов и должно
пройти через другой катализатор, чтобы превратиться в углерод
диоксид.