НЕ ДОПУСКАТЬ ОБРАЗОВАНИЯ ТУМАНА!
	СИМПТОМЫ	ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ МЕРЫ	ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ
Вдыхание	Головокружение. Головная боль. Сонливость. Тошнота. Потеря сознания.	Применять вентиляцию, местную вытяжку или средства защиты органов дыхания.	Свежий воздух, покой. Немедленно обратиться за медицинской помощью.
Кожа	Сухость кожи.	Защитные перчатки.	Снять загрязненную одежду. Ополоснуть и затем промыть кожу водой с мылом.
Глаза	Покраснение.	Использовать защитные очки.	Прежде всего промыть большим количеством воды в течение нескольких минут (снять контактные линзы, если это возможно сделать без затруднений), затем обратится за медицинской помощью.
Проглатывание	Опасность аспирации! Кашель. Диарея. Боль в горле. Рвота. Далее См. вдыхание.	Не принимать пищу, напитки и не курить во время работы.	Прополоскать рот. НЕ вызывать рвоту. Обратиться за медицинской помощью. См. Примечания.

ЛИКВИДАЦИЯ УТЕЧЕК	КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА
Индивидуальная защита: респиратор с фильтром для органических газов и паров, подходящий для концентрации вещества в воздухе. Вентилировать. НЕ допускать попадания этого химического вещества в окружающую среду. Как можно быстрее собрать пролитую жидкость в закрывающиеся емкости. Удалить оставшуюся жидкость при помощи песка или инертного абсорбента. Затем хранить и утилизировать в соответствии с местными правилами.	Согласно критериям СГС ООН ОПАСНО Горючая жидкость Может быть смертельным при проглатывании и попадании в дыхательные пути Может вызвать сонливость или головокружение Вызывает раздражение кожи Очень токсично для водных организмов с долговременными последствиями  Транспортировка Классификация ООН Класс опасности по ООН: 9; Группа упаковки по ООН: III
ХРАНЕНИЕ
Хорошо закрывать. Отдельно от сильных окислителей. Хранить в местах не имеющих сливов или доступа к канализации Предотвратить попадание продуктов пожаротушения в сточные воды.
УПАКОВКА

ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
Вещество токсично для водных организмов. Настоятельно рекомендуется не допускать попадания вещества в окружающую среду.

(ru)	Ни МОТ, ни ВОЗ, ни Европейский Союз не несут ответственности за качество и точность перевода или за возможное использование данной информации. © Версия на русском языке, 2018

Добавка к бензину и автомобильное топливо, ее содержащее

Изобретение относится к области нефтепереработки и нефтехимии, в частности к высокооктановым добавкам к автомобильным бензинам и автомобильному топливу, модифицированному этой добавкой. Добавка к бензинам содержит ароматический амин (его производные) общей формулы где R₁-R₃ — радикалы, выбранные из групп Н, СН₃, С₂Н₅, в комбинации с оксигенатом общей формулы: R₄-O-R₅, где R₄-Н или алкил С₁-С₃, конкретно Н, метил, этил, изопропил, R₅ — один из алкильных радикалов от С₁ до С₆, конкретно метил, этил, (н-, изо-)пропил, (н-, изо-, трет-)бутил, изопентил, изогексил, или их смесь с добавкой гидразина или его водного раствора при массовом соотношении компонентов — ароматический амин (его производные) : оксигенат : гидразин = 0,5-70 : 93,5-29,995 : 0,005-2. Добавка может содержать антиоксидант в количестве, не превышающем 5 мас.% в расчете на массу композиции добавки. Автомобильное топливо содержит 0,3-25 мас.% добавки. Дополнительно топливо может содержать моющую и/или антикоррозионную присадку. Содержание антиоксиданта, моющей и антикоррозионной присадки в топливе не более 0,5 мас.% от состава топлива. 2 c. и 7 з.п. ф-лы, 7 табл.

Настоящее изобретение относится к нефтепереработке и нефтехимии, в частности к высокооктановым добавкам к автомобильным топливам, а также к автомобильному топливу, содержащему эту добавку.

Известно, что азотароматические высокооктановые добавки позволяют увеличивать октановое число бензина с исходным RON /исследовательский метод/ 90,5 (Papachistos M. et al.// J. of the Institute of Energy. — 1991. — V.44, 459. — P. 113-123). В табл. 1 представлены азотсодержащие амины и показано влияние их на качество бензина. Однако указанные в таблице азотсодержащие органические соединения обладают недостаточно выраженными антидетонационными свойствами.

Известно также, что введение в бензин N-метилбензиламина и бензиламина в количестве 2,7 и 1,6 мас.% повышает октановое число RON неэтилированного бензина на 1,0 и 8,0 единиц соответственно (Патент US 4321063, 1982), а введение в бензин пиперидина и его производных в количестве 0,1 моля повышает октановое число на 0,7-1,1 единиц (патент US 4321061, 1982).

В качестве беззольной азотсодержащей антидетонаторной присадки в бензинах могут быть использованы алифатические С₂, С₃ или C₄ диамины. При введении 1,0 мас.% этилендиамина, пропандиамина или бутандиамина-1,4 октановое число RON бензина увеличивается соответственно на 0,8, 1,4 или 1,0 единиц (патент US 4445900, 1984).

Недостатком указанных N-органических присадок, как и вышеописанных, является невысокая антидетонаторная способность при их введении в автомобильное топливо.

Известна топливная бензиновая композиция, которая может содержать обводненные спирты C₁-C₅ и спирты C₄-C₈ в количестве 5-40 об. % (патент US 3822119, 1974). Недостатком такой композиции являются невысокие антидетонационные свойства (октановое число смешения RON спиртов не превышает 130), плохие низкотемпературные свойства и высокая коррозионная активность топливной композиции.

Известна оксигенатная топливная композиция, содержащая базовое автомобильное топливо и 2-65 об.% смеси кислородсодержащих добавок, таких как метил-трет-бутиловый эфир, изопропил-трет-бутиловый эфир и изобутил-трет-бутиловый эфир. Кроме того, базовое топливо может содержать до 85 об.% добавки, включающей один или несколько спиртов, а именно: изобутиловый спирт, трет-бутиловый спирт, изопропиловый спирт и метиловый спирт (патент ЕР 0064253, 1982). Недостатком такой топливной композиции является использование значительного количества метил-трет-бутилового эфира, что является неэкономичным как с позиции приготовления, так и хранения топлива, поскольку метил-трет-бутиловый эфир является бионеразлагаемым веществом, что может нанести необратимый вред окружающей среде при его утечке.

Известны композиции моторных топлив, содержащие бензин, этиловый спирт, метил-трет-бутиловый эфир, этил-трет-бутиловый эфир, трет-бутиловый спирт (патенты US 4207076, 4207077, 1980). Недостатком таких композиций при высоком содержании оксигенатов (более 20%) является высокая гигроскопичность и, как следствие, фазовая нестабильность и значительная коррозионность такого топлива.

Известна многофункциональная добавка к автомобильным бензинам на основе N-метиланилина, содержащая дополнительно органические соединения марганца, моющую добавку «АВТОМАГ» и 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол (патент RU 2114901, 1998).

Также известна топливная композиция для двигателей внутреннего сгорания, содержащая N-метиланилин и органические соединения марганца (патент RU 2114900, 1998).

Недостатком марганецсодержащих добавок на основе N-метиланилина и автомобильных топлив, их содержащих, является повышенное нагарообразование на свечах автомобилей; их химическая неустойчивость — разложение на свету с потерей антидетонационных свойств; нарушение нормальной работы каталитических нейтрализаторов выхлопных газов автомобилей (Применение присадок в топливах для автомобилей. Данилов А.М. / Справочн.изд. — М.: Химия, 2000 — стр.36).

Известна многофункциональная добавка к автомобильным бензинам (Патент RU 2132359, 1999), содержащая в своем составе, мас.%: Ферроцен — 0,05-3,0 Антиоксидант — 0,1-0,2 Анилин — 0,1-10,0 Присадка «АВТОМАГ» — Не более 6,0 Спирты С₃-С₅ и/или их простые эфиры — Не более 95,0 N-метиланилин — 4,0-98,0 Добавка указанного состава вводится в автомобильные бензины в концентрации 0,2-20,0 мас.%.

Известна также добавка к бензину (патент RU 2129141, 1999), содержащая, мас.%:
N-метиланилин — 5,0-10,0
Ферроцен и/или -гидроксиизопропил-ферроцен — 0,05-0,15
Стабилизированный этиловый спирт — Остальное до 100
Указанная добавка вводится в топливную композицию в количестве 1,5-5 мас.%.

Также известна топливная композиция для двигателей внутреннего сгорания (патент RU 2110561, 1998), содержащая, мас.%:
Метилтретбутиловый эфир — 0,5-3,5
Органические соединения железа — 0,001-0,008
N-метиланилин и/или ксилидин — Не более 0,25-0,3
Бензин — Остальное до 100
Недостатком железосодержащих добавок и топлив (топливных композиций), их содержащих, так же, как и марганецсодержащих добавок и композиций, включающих их, является повышенное нагарообразование на свечах автомобиля и дополнительные отложения в двигателе внутреннего сгорания. Кроме того, добавки и топлива, содержащие марганец и железо, запрещены к применению Мировой топливной хартией 1998 г. (Применение присадок в топливах для автомобилей. Данилов А.М. / Справочн. изд. — М.: Химия, 2000 — стр.8).

Наиболее близкой по составу и техническому результату является многофункциональная добавка к бензинам и топливо для двигателей внутреннего сгорания, содержащее ее (Евразийский Патент 000882, 2000).

Добавка имеет следующий состав, мас.%:
N-метиланилин — 6,0-12,0
Стабилизатор — спирты С₃-C₅ — 0,2-20,0
Моющая присадка на основе амида — 0,5-1,5
Антиоксидант — 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол или раствор смеси экранированных фенолов в толуоле — 0,01-0,1
Этиловый спирт — Остальное до 100
Добавка указанного состава вводится в автомобильное топливо в количестве от 2 до 15 мас.%.

Основными недостатками данной добавки и топлива, ее содержащего (Евразийский патент 000882, 2000), являются:
— необходимость использования стабилизатора — алифатических спиртов С₃-С₅,
— недостаточно высокая антидетонаторная способность,
— недостаточно высокая химическая стабильность композиции и автомобильного топлива, содержащего добавку указанного состава, особенно при хранении.

Задачей настоящего изобретения является разработка новой добавки к автомобильному топливу, позволяющей повысить антидетонационные свойства бензинов и увеличить срок хранения при сохранении качества топлива.

Поставленная задача достигается настоящей добавкой следующего состава:
ароматический амин общей формулы:

где R₁…R₃ — радикалы, выбранные из Н, СН₃, C₂H₅

или их смесь,
оксигенат общей формулы формулы:
R₄-O-R₅,
где R₄ — один из радикалов: Н, СН₃, С₂Н₅, изо-С₃Н₇;
R₅ — один из радикалов: СН₃, С₂Н₅, С₃Н₇ (н-, изо-), С₄Н₉ (н-, изо-, трет-), изо-С₅Н₁₁, изо-С₆Н₁₃
или их смесь и гидразин или его водный раствор при массовом соотношении компонентов — ароматический амин: оксигенат: гидразин = 0,5-70: 93,5-29,995: 0,005-2.

Для дополнительной химической стабилизации при транспортировке и длительном хранении добавка может модифицироваться введением антиоксидантов — ионола (агидол-1), трет-бутилпирокатехина или раствора экранированных алкилфенолов в толуоле (агидола-12) в количествах не более 5 мас.% (в расчете на массу добавки).

Антидетонационные свойства выбранных ароматических аминов представлены ниже в сравнении с известными аминами и оксигенатами в табл. 2.

Учитывая склонность ароматических аминов (их производных) к окислению и осмолению, необходимым являлось решение задачи эффективного разбавления и ингибирования N-ароматических соединений с вышеуказанной формулой. Разбавителями ароматических аминов могут являться оксигенаты. При этом в ароматический амин и/или оксигенат необходимо вводить кислородпоглощающий компонент — гидразин или его концентрированный водный раствор — гидразингидрат. Кроме того, гидразин в предлагаемой композиции проявляет хорошо выраженный антидетонационный эффект.

Предлагаемая добавка, содержащая ароматический амин (его производные) — R₃-C₆H₄-NR₁R₂, оксигенат R₄-O-R₅ и гидразин N₂H₄ или его водный раствор используются для приготовления конечного автомобильного топлива и может храниться (использоваться) как компонент автомобильного топлива.

Таким образом, задачей настоящего изобретения также является разработка автомобильного топлива с высоким октановым числом, высокими показателями стабильности при хранении и эксплуатации.

Поставленная задача решается автомобильным топливом, содержащим добавку, включающую ароматические амины или их смесь, соответствующие формуле R₃-C₆H₄-NR₁R₂, оксигенат (их смесь) химического состава R₄-O-R₅, гидразин или его водный раствор, в количестве 0,3-25 мас. % (в расчете на массу топлива).

Автомобильное топливо имеет следующий состав, мас.%:
Ароматический амин (его производные) R₃-C₆H₄-NR₁R₂ — 0,2-5
Оксигенат R₄-O-R₅ — Не более 20
Гидразин N₂H₄ — Не более 0,5
Антиоксиданты, моющие и антикоррозионные присадки — Не более 0,5 суммарно
Углеводородный компонент — Остальное до 100
Получаемое автомобильное топливо может модифироваться известными присадками, такими как антиоксиданты, антикоррозионные и моющие присадки.

В качестве моющей присадки используют продукт конденсации полиамина общей формулы NH₂-(СН₂)-(NH-(CH₂)₂)_n-NH₂, где n=0-4, с карбоновыми кислотами с числом атомов углерода C₁₀-С₂₀.

В качестве антикоррозионной присадки используют присадку, выбранную из группы, включающей смесь предельных алифатических алкиламинов общей формулы RNH₂, где R представляет собой C₁₂-C₂₀ алкил,четвертичные аммониевые соли высших карбоновых или алкоксиароматических кислот с числом атомов углерода C₁₂-C₂₀, полиэтилен-(или полипропилен-) полиаминов с числом аминогрупп от 2 до 8; или сукцинимиды на основе алкенилянтарного ангидрида с числом атомов углерода от 12 до 36 и предельных аминов RNH₂, где R представляет собой C₁₂-С₂₀ алкил или их смесь.

Эффективность предлагаемой добавки и автомобильного топлива, ее содержащего, испытывалась известными методами, обычно используемыми для определения октанового числа топлива, а также стабильность при хранении.

Результаты испытаний сведены в табл. 1-7.

Настоящее изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1
Для сравнительных испытаний были выбраны известные амины, в том числе и характеризующиеся формулой R₃-C₆H₄-NR₁R₂. Характеристика исходных аминов представлена в табл. 3. Используемый для сравнительных испытаний бензин получали смешением алкилата, изопентана, риформата, бензина каталитического крекинга и прямогонного бензина в двух видах:
а) с октановым числом RON 90,6 — состав, мас.%:
изоалканы 32,5, н-алканы 10,4,
циклоалканы 7,3, олефины 21,3, ароматические 28,7;
б) с октановым числом RON 98,0 — состав, мас. %:
изоалканы 28,7, н-алканы 8,1,
циклоалканы 6,0, олефины 24,4, ароматические 32,8.

Оценка антидетонационной эффективности исходных ароматических аминов проводилась на бензинах вышеуказанного состава при введении в каждый вид бензина — а) и б) по 1 об.% каждого амина.

Результаты сравнительных испытаний приведены в табл. 4.

Из данных табл. 3, 4 видно, что используемые ароматические амины, соответствующие формуле R₃-C₆H₄-NR₁R₂, значительно превосходят по антидетонационным свойствам другие N-органические соединения (амины), не соответствующие выбранной химической формуле.

Пример 2
Предлагаемая добавка к бензину, содержащая ароматический амин, соответствующий формуле R₃-C₆H₄-NR₁R₂, оксигенаты, соответствующие формуле R₄-O-R₅, и гидразин N₂H₄ или его водный раствор, их композиции были испытаны на бензине а) с RON 90,6 из примера 1. При этом в исходную добавку и/или в конечный бензин вводился антиоксидант — смесь экранированных алкилфенолов — в основном 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол — ионол (агидол-1) или его раствор в толуоле (агидол-12) или трет-бутил-пирокатехин. В конечный бензин, кроме антиоксиданта, вводились присадки:
моющая присадка — продукт конденсации полиамина общей формулы NH₂-(CH₂)-(NH-(CH₂)₂)_n-NH₂, где n= 0-4, с карбоновыми кислотами с числом атомов углерода С₁₀-С₂₀,
антикоррозионная присадка, выбранная из группы, включающей смесь предельных алифатических алкиламинов общей формулы RNH₂, где R представляет собой C₁₂-C₂₀ алкил, четвертичные аммониевые соли высших карбоновых или алкоксиароматических кислот с числом атомов углерода С₁₂-С₂₀, полиэтилен-(или полипропилен-) полиаминов с числом аминогрупп от 2 до 8; или сукцинимиды на основе алкенилянтарного ангидрида с числом атомов углерода от 12 до 36 и предельных аминов RNH₂, где R представляет собой C₁₂-C₂₀ алкил или их смесь.

Оксигенаты для испытаний выбирают чистотой не менее 96 мас.% по основному веществу и по содержанию влаги не более 1 мас.% Причем введение оксигенатов не требовало введения стабилизаторов — спиртов С₃-C₅ по сравнению с прототипом.

Результаты испытаний сведены в табл. 5 и 6.

Из табл. 5 следует, что оптимальным соотношением компонентов добавки является ароматический амин: оксигенат: гидразин = 0,5-70: 93,5-29,995: 0,005-2.

Результаты табл. 6 показывают, что качественное автомобильное топливо можно получить при введении добавки в количестве 0,3-25 мас.%.

Пример 3
Для сравнения эффективности и устойчивости добавки согласно изобретению, а также автомобильного топлива, ее содержащего, и известной добавки, раскрытой в Евразийском патенте 000882, были проведены испытания, результаты которых сведены в табл. 7.

В качестве образцов сравнения были приготовлены:
— добавка А (известная добавка, раскрытая в ЕА 000882) (табл.1, пример 1) содержащая, мас. %:
— N-метиланилин 6; смесь алифатических спиртов С₃-С₅ (изопропанол 99,5%): изобутанол (99,0%):изопентанол (99,1%) 1:1:1-0,5; моющая присадка на основе амида 0,5; антикоррозионная присадка 0,4; этиловый спирт (99,6%) 92,6,
— добавка В согласно изобретению, содержащая, мас. %:
— N-метиланилин 6; смесь алифатических спиртов С₃-C₅ 0,5; этиловый спирт 92,6.

Как видно из данных табл. 7, известная добавка (образец сравнения «А») не обладает достаточно стабильными физико-химическими характеристиками, что отражается отрицательно как на свойствах самой добавки, так и на модифицируемом этой добавкой автомобильном бензине. Особенно важным является тот факт, что предлагаемая добавка хранится практически без видимого изменения оптической плотности, т. е. практически не осмоляется, а автомобильный бензин, модифицированный этой добавкой, не накапливает фактических смол более допустимого по действующим стандартам на автомобильные топлива уровня — 4-5 мг/100 мл (разрешенный максимум).

Формула изобретения

1. Добавка к бензину, содержащая ароматический амин и оксигенат, отличающаяся тем, что в качестве ароматического амина она содержит производное общей формулы

где R₁ является одним из радикалов, выбранным из Н, СН₃, С₂Н₅,
R₂ является одним из радикалов, выбранным из Н, СН₃, С₂Н₅,
R₃ является Н или радикалом СН₃, С₂Н₅ в мета-, пара- или ортоположении,
или их смесь и оксигенат общей формулы
R₄-О-R₅,
где R₄ является одним из радикалов, выбранным из Н, СН₃, C₂H₅, изо-С₃Н₇,
R₅ является одним из радикалов, выбранным из: СН₃, С₂Н₅, (н-, изо-)С₃Н₇, (н-, изо-, трет-)С₄Н₉, изо-С₅Н₁₁, изо-С₆Н₁₃,
или их смесь и добавку гидразина или его водного раствора при массовом соотношении компонентов ароматический амин (R₃-C₆H₄-NR₁R₂): оксигенат (R₄-O-R₅): гидразин (в пересчете на N₂H₄) = 0,5-70: 93,5-29,995: 0,005-2.

2. Добавка по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит антиоксидант.

3. Добавка по п. 2, отличающаяся тем, что антиоксидантом является ионол(агидол-1), или трет-бутилпирокатехин, или раствор экранированных алкилфенолов в толуоле (агидол-12).

4. Добавка по п. 3, отличающаяся тем, что антиоксидант содержится в количестве не более 5 мас. % (в расчете на массу композиции добавки).

5. Автомобильное топливо, содержащее добавку, отличающееся тем, что оно содержит в качестве добавки добавку по пп. 1-4 в количестве 0,3-25 мас. % (в расчете на массу топлива).

6. Автомобильное топливо по п. 5, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит моющую и/или антикоррозионную присадки.

7. Автомобильное топливо по п. 6, отличающееся тем, что моющая композиция представляет собой продукт конденсации полиамина общей формулы NH₂-(CH₂)₂-[NH-(CH₂)₂] _n-NH₂, где n= 0-4, с карбоновыми кислотами с числом атомов углерода С₁₀-С₂₀.

8. Автомобильное топливо по п. 5, отличающееся тем, что антикоррозионную присадку выбирают из группы, включающей смесь предельных алифатических алкиламинов общей формулы RNH₂, где R представляет собой C₁₂-C₂₀ алкил, четвертичные аммониевые соли высших карбоновых или алкоксиароматических кислот с числом атомов углерода C₁₂-C₂₀, полиэтилен-(или полипропилен-)полиаминов с числом аминогрупп 2 — 8; или сукцинимиды на основе алкенилянтарного ангидрида с числом атомов углерода 12 — 36 и предельных аминов RNH₂, где R представляют собой C₁₂-C₂₀ алкил или их смеси.

9. Автомобильное топливо по пп. 5-9, отличающееся тем, что оно содержит компоненты в следующем составе, мас. %:
Ароматический амин (его производные) R₃-C₆H₄-NR₁R₂ — 0,2-5
Оксигенат R₄-O-R₅ — Не более 20
Гидразин N₂H₄ — Не более 0,5
Антиоксидант, моющие и антикоррозионные присадки — Не более 0,5 суммарно
Углеводородный компонент — Остальное до 100

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 27. 04.2007

Извещение опубликовано: 27.04.2007        БИ: 12/2007

Информационный бюллетень по бензину

Этот информационный бюллетень содержит ответы на основные вопросы по бензину. Объяснит, что такое бензин, как можно быть подвержены его воздействию, как это может вызвать у вас заболевание, и способы уменьшить или предотвратить воздействие к бензину.

ЧТО ТАКОЕ БЕНЗИН?

Бензин представляет собой бледно-коричневую или розовую жидкость, изготовленную из переработанной сырой нефти. Он легко испаряется, легко воспламеняется и может образовывать взрывоопасные смеси в воздухе. Бензин представляет собой смесь многих различных водородных и углеродсодержащие химические вещества (углеводороды). Типичная бензиновая смесь содержит около 150 различных углеводородов, в том числе бутан, пентан, изопентан и соединения БТЭК (бензол, этилбензол, толуол и ксилолы).

Бензин также содержит химические вещества, такие как смазочные материалы, антикоррозионные и антиобледенительные присадки, которые добавляются для улучшения производительность автомобиля. Эти соединения обычно присутствуют только в очень малых количествах. суммы. До 1980-х годов свинец обычно использовался в бензине в качестве антидетонационное средство. Использование свинца было прекращено из-за загрязнения воздуха. и проблемы со здоровьем. Некоторые бензины также содержат этанол, который производится из кукуруза. Этанол помогает автомобилю работать более эффективно и производит меньше загрязнение.

КАК БЕНЗИН ПОПАДАЕТ В ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА?

Разливы, утечки или неправильная утилизация бензина может вызвать загрязнение почвы, грунтовых вод, поверхностных вод и воздуха. Утечка подземные резервуары для хранения или трубопроводы также могут привести к попаданию бензина окружающая почва и грунтовые воды. Бензин может выбрасываться в воздух при большие автоцистерны заполняются и опорожняются, и когда вы заправляете свой автомобиль на сервисная станция.

КАК МОЖНО ПОЛУЧИТЬ ВОЗДЕЙСТВИЕ БЕНЗИНА?

Вы можете подвергнуться воздействию бензина

• вдыхание паров бензина,
• питьевая вода, загрязненная бензином, или
• прикосновение к бензину, почве или воде загрязнены бензином.

Чаще всего контакт с бензином происходит вдыхание паров при заправке топливного бака автомобиля. Пары также могут присутствовать в воздухе при испарении бензина из загрязненной почвы или воды. Бензин пары могут скапливаться в подвалах, подвалах и жилых помещениях. Преднамеренное нюхание бензина также является проблемой общественного здравоохранения.

Когда бензин просачивается в почву, он может загрязняют подземные воды, используемые для питья. Большинство химических веществ в бензине удаляются при водоподготовке, но люди, которые пьют неочищенную воду или воду из частных колодцев могут быть выставлены. Бензин также может проникать через кожу. во время контакта, например, при заправке бензина или очистке бензина проливать.

КАКОЕ ВЛИЯНИЕ БЕНЗИНА НА ЗДОРОВЬЕ ЭКСПОЗИЦИЯ?

Многие вредные воздействия бензина обусловлены отдельные химические вещества в бензине, в основном БТЭК, присутствующие в небольших количествах. суммы. Вдыхание небольшого количества паров бензина может привести к поражению носа и горла. раздражение, головные боли, головокружение, тошнота, рвота, спутанность сознания и нарушение дыхания трудности. Симптомы проглатывания небольшого количества бензина включают рот, раздражение горла и желудка, тошнота, рвота, головокружение и головные боли. Ежегодно проглатывание бензина вызывает множество случайных отравлений. Некоторые эффекты Контакт кожи с бензином включает сыпь, покраснение и отек. Существование воздействие большого количества бензина может привести к коме или смерти.

Воздействие бензина на здоровье в течение длительного периода времени малоизвестны. Это связано с тем, что люди, подвергающиеся бензин обычно подвергается воздействию многих других вещей, которые также могут нанести вред здоровью последствия. Некоторые работники, ежедневно подвергающиеся воздействию бензина на работе, страдал потерей памяти и нарушением мышечной функции. На очень высоких уровнях некоторые из химические вещества в бензине, такие как бензол, как известно, вызывают рак. Текущий данные, однако, не показывают, что воздействие низких концентраций бензина вызывает рак у человека.

МОГУ ЛИ Я ПРОВЕРИТЬ НА БЕНЗИН ЭКСПОЗИЦИЯ?

В настоящее время нет тестов для измерения бензин в вашем теле, но, если вы думаете, что вы больны из-за бензина воздействия, немедленно обратитесь к врачу. Расскажите своему врачу, что вы подозреваете загрязнение, почему вы подозреваете его и каковы ваши симптомы.

КАК Я МОГУ УМЕНЬШИТЬ БЕНЗИН ЭКСПОЗИЦИЯ?

В связи с широким использованием бензина в автомобилях, грузовики, автобусы и оборудование для ухода за газонами, устранение воздействия будет сложно. Как правило, вы можете чувствовать запах бензина на уровнях, которые не были бы ожидается, что это может вызвать последствия для здоровья. Так как бензин может чувствоваться при низких уровнях, источник обычно может быть найден и устранен.

Если вы подозреваете, что ваш водопровод загрязнены бензином, вот несколько способов уменьшить воздействие

• Если в колодезной воде есть бензин, не выпей это. Рассмотрите возможность использования бутилированной воды вместо воды из-под крана или подключения к общественное водоснабжение.
• Примите душ или вымойтесь в прохладной воде. Мыть и полоскать одежду в холодной воде. Чем горячее вода, тем больше бензина испаряется в воздух, которым вы дышите.
• Проветривание ванных комнат, туалетов и кухонь во время и после использования воды, открывая двери и окна и включая вытяжку фанаты.

ГДЕ МОЖНО ПОЛУЧИТЬ ДОПОЛНИТЕЛЬНУЮ ИНФОРМАЦИЮ?

Департамент общественного здравоохранения штата Иллинойс
Отдел гигиены окружающей среды
Ул. Джефферсон, 525,
Спрингфилд, Иллинойс 62761
217-782-5830
Телетайп (только для слабослышащих) 800-547-0466

Этот информационный бюллетень был частично поддержан средства от Комплексного экологического реагирования, компенсации и Целевой фонд Закона об ответственности на основе соглашения о сотрудничестве с Агентством по Реестр токсичных веществ и заболеваний, Служба общественного здравоохранения, Департамент США здравоохранения и социальных служб .

Нефть и уголь

Нефть и уголь

Химия нефтепродуктов

Термин нефть происходит от латинских корней петра , «камень» и олеум , «нефть». Он используется для описания широкого диапазон углеводородов, которые находятся в виде газов, жидкостей или твердых веществ под поверхностью Земля. Двумя наиболее распространенными формами являются природный газ и сырая нефть.

Природный газ представляет собой смесь легких алканов. Типичный образец природный газ, собранный у источника, содержит 80 % метана (CH ₄ ), 7% этан (C ₂ H ₆ ), 6% пропан (C ₃ H ₈ ), 4% бутан и изобутан (C ₄ H ₁₀ ) и 3% пентанов (C ₅ H ₁₂ ). Углеводороды C ₃ , C ₄ и C ₅ удаляются перед газ продан. Таким образом, товарный природный газ, поставляемый потребителю, является, прежде всего, смесь метана и этана. Пропан и бутаны, извлеченные из природного газа, обычно сжижается под давлением и продается как сжиженный нефтяной газ ( СНГ ).

Природный газ был известен в Англии еще в 1659 году. Но он не заменил угольный газ в качестве важным источником энергии в Соединенных Штатах до окончания Второй мировой войны, когда сеть построено газопроводов. К 1980 году годовое потребление природного газа выросло до более 55 000 миллиардов кубических футов, что составляет почти 30% от общего объема энергии в США. потребление.

Первая нефтяная скважина была пробурена Эдвином Дрейком в 1859 году., в Титусвилле, Пенсильвания. Он произвел до 800 галлонов в сутки, что намного превышает потребность в этом материале. К 1980 г. потребление нефти достигло 2,5 миллиардов галлонов в день. Около 225 миллиардов баррелей нефти были добыты нефтяной промышленностью между 1859 и 1970 гг. Еще 200 млрд. баррелей было произведено в период с 1970 по 1980 год. Общие доказанные мировые запасы сырой нефти в 1970 г. оценивались в 546 млрд баррелей, возможно, еще от 800 до 900 млрд баррелей. баррелей нефти, которые еще предстоит найти. Нефти потребовалось 500 миллионов лет. под земной корой для накопления. При нынешнем уровне потребления мы могли бы исчерпать мировые запасы нефти к 200-летию первой нефтяной скважины.

Сырая нефть представляет собой сложную смесь, содержащую от 50 до 95% углеводородов. по весу. Первый шаг в переработке сырой нефти включает разделение нефти на различные углеводородные фракции перегонкой. Типовой набор нефтяных фракций приведен в таблицу ниже. Поскольку существует ряд факторов, влияющих на температуру кипения углеводородов, эти нефтяные фракции представляют собой сложные смеси. Более 500 различных углеводороды идентифицированы, например, в бензиновой фракции.

Нефтяные фракции

Около 10% продукта перегонки сырой нефти составляет фракция, известная как прямогонная бензин , который служил удовлетворительным топливом в первые дни двигатель внутреннего сгорания. По мере развития автомобильного двигателя он становился все мощнее. за счет увеличения степени сжатия. Современные автомобили работают при степени сжатия примерно 9:1. Это означает, что бензино-воздушная смесь в цилиндре сжимается в девять раз. до того, как он загорится. Прямогонный бензин сгорает неравномерно в двигателях с высокой степенью сжатия, создавая ударную волну, которая заставляет двигатель «стучать» или «гудеть». В качестве нефтяная промышленность созрела, она столкнулась с двумя проблемами: увеличить выход бензина с каждого барреля сырой нефти и снижение склонности бензина к детонации при сгорел.

Зависимость между детонацией и структурой углеводородов в бензине сводятся к следующим общим правилам.

• Алканы с разветвленной цепью и циклоалканы сгорают более равномерно, чем алканы с прямой цепью.
• Короткие алканы (C ₄ H ₁₀ ) горят более равномерно, чем длинные алканы (C ₇ H ₁₆ ).
• Алкены горят более равномерно, чем алканы.
• Ароматические углеводороды горят более равномерно, чем циклоалканы.

Наиболее часто используемым показателем способности бензина гореть без детонации является его октановое число . номер . Октановые числа сравнивают склонность бензина к детонации. тенденция смеси двух углеводородов гептан и 2,2,4-триметилпентан, или изооктан до ст. Гептан (C ₇ H ₁₆ ) представляет собой длинную линейную цепь. алкан, который горит неравномерно и сильно стучит. Сильно разветвленный алканы, такие как 2,2,4-триметилпентан, более устойчивы к детонации. Бензины, которые соответствуют смеси 87% изооктана и 13% гептана, получают октановое число 87.

Существует три способа сообщения октановых чисел. Измерения выполняются на высокой скорости и высокая температура сообщается как октановое число двигателя . Измерения, проведенные под относительно мягкие условия работы двигателя известны как октановые числа по исследовательскому методу . Дорожный указатель Октановые числа , указанные на бензонасосах, являются средними значениями этих двух. Дорожный указатель Октановые числа для некоторых чистых углеводородов приведены в таблице ниже.

Октановые числа углеводородов

К 1922 году был открыт ряд соединений, способных повышать октановое число. бензина. Добавление всего 6 мл тетраэтилсвинца (показано на рисунке ниже) к галлон бензина, например, может повысить октановое число на 15-20 единиц. Этот Открытие привело к получению первого «этилового» бензина и позволило промышленность по выпуску авиабензинов с октановым числом выше 100.

Другим способом повышения октанового числа является термический риформинг . В высокие температуры (500-600°С) и высокое давление (25-50 атм), алканы с прямой цепью изомеризуются с образованием разветвленных алканов и циклоалканов, повышая тем самым октановое число бензина. Проведение этой реакции в присутствии водорода и катализатора, такого как смесь кремнезема (SiO ₂ ) и оксида алюминия (Al ₂ O ₃ ) приводит к каталитический риформинг , позволяющий производить бензин с еще более высоким октановым числом числа. Термический или каталитический риформинг и добавки к бензину, такие как тетраэтилсвинец повысить октановое число прямогонного бензина, полученного при перегонке сырой нефти, но ни один из процессов не увеличивает выход бензина из барреля нефти.

Данные таблицы нефтяных фракций позволяют предположить, что мы может увеличить выход бензина за счет «крекинга» углеводородов, которые в конечном итоге в керосиновой или мазутной фракциях на более мелкие куски. Термический крекинг был обнаружен еще в 1860-х гг. При высоких температурах (500С) и высоких давлениях (25 атм), длинноцепочечные углеводороды распадаются на более мелкие части. Насыщенный C ₁₂ например, углеводород в керосине может разбиться на два фрагмента C ₆ . Поскольку общее число атомов углерода и водорода остается постоянным, один из продукты этой реакции должны содержать двойную связь С=С.

Присутствие алкенов в бензинах термического крекинга повышает октановое число (70) по сравнению с прямогонным бензином (60), но и дает термически крекинговый бензин менее стабилен при длительном хранении. Таким образом, термический крекинг был заменен по каталитическому крекингу , в котором вместо высоких температур используются катализаторы и давления для расщепления углеводородов с длинной цепью на более мелкие фрагменты для использования в бензине.

Около 87% сырой нефти перерабатывается в 1980 пошел на производство топлива, такого как бензин, керосин и мазут. Остальное пошло на нетопливные цели, такие как нефть. растворители, промышленные смазки и воски или в качестве исходных материалов для синтеза нефтехимических продуктов . Нефтепродукты используются для производства синтетических волокон, таких как нейлон, орлон и лавсан. и другие полимеры, такие как полистирол, полиэтилен и синтетический каучук. Они также служат в качестве сырья при производстве хладагентов, аэрозолей, антифризов, моющих средств, красители, клеи, спирты, взрывчатые вещества, гербициды, инсектициды и репелленты. Н ₂ выделяется при превращении алканов в алкены или при превращении циклоалканов превращенные в ароматические углеводороды, могут быть использованы для получения ряда неорганических нефтехимические продукты, такие как аммиак, нитрат аммония и азотная кислота. В результате большинство удобрения, а также другие сельскохозяйственные химикаты также являются нефтехимическими.

Химия угля

Уголь можно определить как осадочную горную породу, которая горит. Он был сформирован разложение растительного вещества, и это сложное вещество, которое можно найти во многих формы. Уголь делится на четыре класса: антрацит, битуминозный, полубитуминозный и лигнит. Элементный анализ дает эмпирические формулы, такие как C ₁₃₇ H ₉₇ O ₉ NS для каменного угля и C ₂₄₀ H ₉₀ O ₄ NS для высокосортных антрацит.

Уголь антрацит представляет собой плотную твердую породу угольно-черного цвета с металлическим оттенком. блеск. Он содержит от 86% до 98% углерода по весу и горит медленно, с бледным оттенком. голубое пламя и очень мало дыма. Битуминозный уголь или мягкий уголь содержит от 69% и 86% углерода по весу и является наиболее распространенной формой угля. Полубитумный уголь содержит меньше углерода и больше воды и поэтому является менее эффективным источником нагревать. Бурый уголь , или бурый уголь, очень мягкий уголь, содержащий до 70% вода по весу.

Общее потребление энергии в США за 1990 год составило 86 х 10 ¹⁵ кДж. Из этого общего количества 41% приходилось на нефть, 24% на природный газ и 23% на уголь. Уголь уникален в качестве источника энергии в Соединенных Штатах, поскольку ни один из 2118 млрд. фунтов использовано в 1990 был импортирован. Кроме того, доказанные запасы настолько велики, что мы можем продолжать использовать уголь при таком уровне потребления не менее 2000 лет.

На момент написания этого текста уголь был самым экономичным топливом для отопления. Стоимость угля, доставленного на физический завод Университета Пердью, составила 1,41 доллара за миллион. кДж тепловой энергии. Эквивалентная стоимость природного газа составила бы 5,22 доллара США и № 2. мазут стоил бы 7,34 доллара. Хотя уголь дешевле природного газа и нефти, он сложнее в обращении. В результате предпринимались давние попытки превратить угля в газообразное или жидкое топливо.

Газификация угля

Еще в 1800 году каменноугольный газ производился путем нагревания угля в отсутствие воздуха. Угольный газ богат CH ₄ и выделяет до 20,5 кДж на литр газа. сгорел. Угольный газ или городской газ , как было известно стало настолько популярным что в большинстве крупных городов и во многих небольших поселках есть местная газовая станция, в которой произведено, а газовые горелки были отрегулированы для сжигания топлива мощностью 20,5 кДж/л. Газ фонари, конечно, со временем были заменены электрическими лампочками. Но угольный газ был еще использовался для приготовления пищи и отопления, пока не стал использоваться более эффективный природный газ (38,3 кДж/л). легко доступны.

Чуть менее эффективное топливо, известное как водяной газ , может быть получено взаимодействие углерода угля с водяным паром.

Водяной газ сгорает с образованием CO ₂ и H ₂ O с выделением примерно 11,2 кДж. за литр потребляемого газа. Отметим, что энтальпия реакции получения воды газ положительный, значит, эта реакция эндотермическая. В результате Подготовка водяного газа обычно включает чередование струй пара и либо воздуха, либо кислород через слой раскаленного угля. Экзотермические реакции между углем и кислородом для производства CO и CO ₂ обеспечивают достаточную энергию для запуска реакции между паром и уголь.

Водяной газ, образующийся при реакции угля с кислородом и водяным паром, представляет собой смесь CO, CO ₂ , и Н ₂ . Отношение H ₂ к CO может быть увеличено путем добавления воды в эту смесь, чтобы воспользоваться реакцией, известной как сдвиг водяного газа реакция .

Концентрация CO ₂ может быть уменьшена реакцией CO ₂ с углем при высоких температурах с образованием CO

Водяной газ, из которого удален CO ₂ , называется синтезом . газ , потому что его можно использовать в качестве исходного материала для различных органических и неорганические соединения. Его можно использовать как источник H ₂ для синтеза аммиак, например.

N ₂ ( г ) + 3 H ₂ ( г ) 2 NH ₃ ( г )

Его также можно использовать для производства метилового спирта или метанола.

CO( г ) + 2 H ₂ ( г ) CH ₃ OH( l )

Метанол затем можно использовать в качестве исходного материала для синтеза алкенов, ароматических соединений, уксусной кислоты, формальдегида и этилового спирта (этанола). Синтез-газ также может использоваться для производства метана или синтетического природного газа (СПГ).

CO( г ) + 3 H ₂ ( г ) CH ₄ ( г ) + H ₂ O( г )

2 CO( г ) + 2 H ₂ ( г ) CH ₄ ( г ) + CO ₂ ( г )

Сжижение угля

Первый шаг к получению жидкого топлива из угля включает производство синтез-газ (CO и H ₂ ) из угля. В 1925 году Франц Фишер и Ганс Тропш разработал катализатор, который превращал CO и H ₂ при 1 атм и 250–300°C в жидкие углеводороды. К 1941 году заводы Фишера-Тропша произвели 740 000 тонн нефти. продукции в год в Германии.

Технология Фишера-Тропша основана на сложной серии реакций, в которых используется H ₂ для восстановления CO до групп CH ₂ , связанных с образованием длинноцепочечных углеводородов.

Вода, полученная в результате этой реакции, соединяется с CO в реакции конверсии водяного газа с образованием форма H ₂ и CO ₂ .

Таким образом, общая реакция Фишера-Тропша описывается следующим уравнением.

В конце Второй мировой войны технология Фишера-Тропша изучалась в большинстве индустриальные нации. Однако низкая стоимость и высокая доступность сырой нефти привели к снижение интереса к жидкому топливу из угля. Единственные коммерческие установки, использующие это технологии сегодня находятся в комплексе Sasol в Южной Африке, который использует 30,3 млн тонн угля в год.

Другой подход к жидкому топливу основан на реакции между CO и H ₂ с образованием метанола, CH ₃ OH.

CO( г ) + 2 H ₂ ( г ) CH ₃ OH( l )

Метанол может использоваться непосредственно в качестве топлива или может быть преобразован в бензин с катализаторы, такие как цеолитный катализатор ZSM-5, разработанный Mobil Oil Company.

Поскольку предложение нефти становится меньше, а ее стоимость продолжает расти, постепенное можно наблюдать сдвиг в сторону жидкого топлива из угля. Принимает ли это форму вернуться к модифицированной технологии Фишера-Тропша, конверсии метанола в бензин, или другие варианты, только время покажет.

Органическая химия: строение и номенклатура углеводородов

Структура и номенклатура Углеводороды        | Изомеры | Реакции алканов, алкенов и алкинов | Углеводороды | Нефть и уголь | Хиральность и оптическая активность

Периодический Таблица        | Периодическая таблица        | Глоссарий | Классные апплеты

Тематический обзор Gen Chem | Домашняя страница справки по общей химии | Поиск: сайт общей химии.

Топлива дизель-бензиновых двигателей и их свойства

• Авторская панель Войти

Что такое открытый доступ?

Открытый доступ — это инициатива, направленная на то, чтобы сделать научные исследования бесплатными для всех. На сегодняшний день наше сообщество сделало более 100 миллионов загрузок. Он основан на принципах сотрудничества, беспрепятственного открытия и, самое главное, научного прогресса. Будучи аспирантами, нам было трудно получить доступ к нужным нам исследованиям, поэтому мы решили создать новое издательство с открытым доступом, которое уравняет правила игры для ученых со всего мира. Как? Упрощая доступ к исследованиям и ставя академические потребности исследователей выше деловых интересов издателей.

Наши авторы и редакторы

Мы являемся сообществом из более чем 103 000 авторов и редакторов из 3 291 учреждения в 160 странах, включая лауреатов Нобелевской премии и некоторых самых цитируемых исследователей мира. Публикация на IntechOpen позволяет авторам получать цитирование и находить новых соавторов, а это означает, что больше людей увидят вашу работу не только из вашей собственной области исследования, но и из других смежных областей.

Оповещения о содержимом

Краткое введение в этот раздел, описывающий открытый доступ, особенно с точки зрения IntechOpen

Как это работаетУправление предпочтениями

Контакты

Хотите связаться? Свяжитесь с нашим головным офисом в Лондоне или командой по работе со СМИ здесь

Карьера

Наша команда постоянно растет, поэтому мы всегда ищем умных людей, которые хотят помочь нам изменить мир научных публикаций.

Рецензируемая глава в открытом доступе

Автор:

Selçuk Sarıkoç

Представлено: 12 июня 2019 г. Проверено: 6 августа 2019 г. Опубликовано: 26 февраля 2020 г.

DOI: 10.5772/intechopen.89044

Из отредактированного тома

Под редакцией Ричарда Вискупа 1628 загрузок глав

Посмотреть полные показатели

Рекламное объявление

Abstract

Углеводородные топлива, такие как бензин, дизельное топливо, природный газ и сжиженный нефтяной газ (LPG), обычно используются в дизельных и бензиновых двигателях в качестве топлива. В этом исследовании были классифицированы топлива на основе углеводородов, такие как алканы (парафины), нафтены (циклопарафины), алкены (олефины), алкины (ацетилены) и ароматические углеводороды (производные бензола). Их молекулярная структура и свойства были всесторонне объяснены. В дополнение к этому были оценены некоторые важные топливные свойства обычно используемых видов топлива на основе ископаемого топлива, таких как бензин и дизельное топливо, в двигателе внутреннего сгорания. Таким образом, углеводородные производные топлива, такие как дизельное топливо, бензин, природный газ и сжиженный нефтяной газ (LPG), были исследованы в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Их физические и химические свойства были объяснены и сопоставлены друг с другом. Октановое число и цетановое число существенно влияют на период задержки воспламенения топлива и температурные свойства самовоспламенения. Поэтому на работу бензинового и дизельного двигателя преобладающее влияние оказывают соответственно октановое и цетановое числа. В результате физические и химические свойства, преимущества и недостатки ископаемого топлива были всесторонне объяснены и сопоставлены друг с другом. Исследованы топлива, обычно используемые в дизельном и бензиновом двигателе, и выявлены их важные свойства.

Ключевые слова

• топливо
• углеводороды
• дизельное топливо
• бензин топливо
• дизель и бензиновый двигатель

1. Введение

Топливо можно разделить на три группы: твердое, жидкое и газообразное. Хотя жидкие углеводороды обычно используются в двигателях внутреннего сгорания, на городском транспорте, где загрязнение воздуха является проблемой, биотопливо, такое как спирты и биодизельное топливо, или газообразные виды топлива, такие как сжиженный нефтяной газ (СНГ) или природный газ, редко использовались в качестве топлива.

Реклама

2. Топлива на углеводородной основе

Топливные соединения, содержащие в своей основной молекулярной структуре атомы углерода и водорода, называются топливами на углеводородной основе. Углеводороды можно разделить на две основные группы: алифатические и ароматические. Алифатические углеводороды делятся на два подкласса: насыщенные и ненасыщенные углеводороды. Атом углерода в углеводороде называется насыщенным, если он связан с четырьмя атомами водорода, и ненасыщенным, если атомы углерода образовали двойные или тройные углерод-углеродные связи. Насыщенные углеводороды относятся к алканам; ненасыщенные углеводороды классифицируют как алкены или алкины [3, 4]. Углеводороды могут находиться в твердой, жидкой и газообразной фазах в зависимости от количества атомов углерода в химической структуре. Как правило, углеводороды с атомами углерода 1–4 находятся в газе, 5–19являются жидкими, а молекулы с 20 и более атомами углерода находятся в твердой фазе [5]. C _n H _m – общая замкнутая химическая формула жидких углеводородов, используемых в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания. Однако углеводороды состоят из водорода и углерода, а также небольших количеств O ₂ , H ₂ , S, H ₂ O и некоторых металлов, содержащих производные сырой нефти [2]. На рис. 1 дана классификация соединений углеводородов.

Рис. 1.

Классификация углеводородов [3].

2.1 Алканы (парафины)

Алканы – предельные углеводороды с общей замкнутой формулой C _n H _2n+2 , также известные в литературе как парафины, к которым добавляют суффикс «-an» в конце Латинские углеродные числа. Алканы содержат больше водорода в своей химической структуре по сравнению с другими углеводородами, такое большое количество атомов водорода приводит к более высоким тепловым показателям и более низкой плотности, чем у других углеводородов (620–770 кг/м 9 ).0177 3 ). По мере увеличения числа атомов углерода в углеводородной цепи повышаются такие свойства алканов, как склонность к самовоспламенению, молекулярная масса, температуры плавления и кипения. Каждое увеличение числа атомов углерода в углеводородной цепи вызывает повышение температуры кипения примерно на 20–30°C. Алканы нерастворимы в воде, потому что они неполярны. К числу неполярных молекул, таких как углеводороды и инертные газы, относятся силы Ван-дер-Ваальса, иначе говоря, дисперсионные силы Лондона. Дисперсионная сила представляет собой слабую межмолекулярную силу между всеми молекулами посредством временных диполей, индуцированных в атомах или молекулах. Дисперсионные силы обычно выражаются как лондонские силы. Число электронов и площадь поверхности молекул являются наиболее важными факторами, влияющими на величину дисперсионных сил. Эти растягивающие силы напрямую влияют на температуру кипения этих материалов. Алканы могут существовать в виде прямой цепи, разветвленной цепи и циклической формы в зависимости от расположения атомов углерода. Силы Ван-дер-Ваальса более эффективны, чем разветвленные, потому что молекулярные поверхности алканов с прямой цепью больше контактируют друг с другом. Таким образом, температура кипения алканов с прямой цепью, имеющих одинаковую молекулярную массу, выше, чем у алканов с разветвленной цепью. Другими словами, по мере увеличения разветвления температура кипения снижается, потому что разветвленная структура делает молекулу более плотной. Однако увеличение разветвления привело к тому, что площадь поверхности молекулы стала узкой, а температура кипения снизилась с уменьшением сил Ван-дер-Ваальса между ней и соседними молекулами. Склонность к воспламенению алканов с прямой цепью обычно выше, чем у алканов с разветвленной цепью, из-за того, что они легче разрушаются. В отличие от структур молекул с прямой цепью, структуры с разветвленной цепью и кольцом обладают более высокой устойчивостью к воспламенению. Следовательно, алканы с прямой цепью больше подходят для использования в качестве дизельного топлива, чем в качестве бензинового топлива. Однако изомеры алканов, которые имеют ту же замкнутую формулу, но с другими разветвленными цепями и кольцами, более подходят для использования в качестве топлива для бензиновых двигателей, поскольку они обладают более высокой детонационной стойкостью двигателя. Свойство, определяющее самовозгорание топлива, называется октановым числом. Другими словами, это сопротивление воспламенению. Топливо с прямой длинной цепью обычно имеет более низкое октановое число, тогда как топливо с разветвленной структурой имеет более высокое октановое число. Короче говоря, октановое число обычно обратно пропорционально длине цепи молекул топлива. Чем короче цепочка молекул топлива, тем выше октановое число. Октановое число прямо пропорционально компонентам разветвленной боковой цепи. Кроме того, наличие кольцевой молекулярной структуры топлив приводит к высоким октановым числам. Алканы бывают твердыми, жидкими и газообразными в зависимости от их углеродного числа. Углерод номер 1–4 присутствует в газообразном состоянии, 5–25 – в жидкой форме и более 25 – в твердой форме. Алканы содержат менее 4 атомов углерода в своем природном газе и нефтяных газах, 5–12 атомов в бензине, 12–20 атомов в дизельном топливе и 20–38 атомов в смазочных маслах [1, 2, 3, 4, 5, 6]. , 7, 8]. На рис. 2 показана молекулярная структура первых четырех алканов.

Рис. 2.

Молекулярная структура первых четырех алканов [8].

2.2 Нафтены (циклопарафины)

Другой тип алканов представляет собой циклические структуры, которые демонстрируют общую формулу C _n H _2n . Два атома водорода отсутствуют в нормальных алканах, потому что их структуры имеют циклическую форму и находятся в замкнутой форме. Поскольку число атомов водорода меньше, чем у нормальных алканов, они имеют более низкие тепловые характеристики, но более высокие плотности (740–790 кг/м ³ ). Циклоалканы трудно расщепить из-за их структуры с замкнутым циклом и они имеют более высокую устойчивость к воспламенению, чем алканы с прямой цепью. Однако они также подходят для использования как в качестве бензина, так и в качестве дизельного топлива, поскольку имеют более низкую устойчивость к воспламенению, чем разветвленные. Термическая ценность нафтенов ниже, чем у алканов, и выше, чем у ароматических соединений [2]. На рис. 3 показана циклическая молекулярная структура циклогексана.

Рис. 3.

Циклическая молекулярная структура циклогексана [5].

2.3 Алкены (олефины)

Алкены представляют собой ненасыщенные углеводороды с двойной связью между атомами углерода, представленные общей формулой C _n H _2n . Олефины с одной двойной связью в молекулярной структуре называются моноолефинами (C _n H _2n ), а с двумя двойными связями называются диолефинами (C _n H _2n-2 ). Моноолефины обозначаются после суффикса «en» или «ilen» в конце числа атомов углерода, в то время как диолефины обозначаются путем присоединения суффикса «dien» к корням, указывающим число атомов углерода. Многие изомеры образуются замещением двойных связей алкенов. Тепловые характеристики алкенов ниже, чем у алканов, а их плотность составляет от 620 до 820 кг/м 9 .0177 3 за счет того, что в молекулярной структуре алкенов выше отношение атомов углерода к атомам водорода. Алкены обладают высокой устойчивостью к воспламенению. Алкены менее устойчивы к окислению, чем алканы, поэтому легко реагируют с кислородом. Таким образом, кислород вызывает склеивание алкенов и, как следствие, блокировку топливопровода. Алкены содержат двойные связи между атомами углерода, одна из которых сигма ( х ), а другая пи ( х ). По этой причине он разрушается труднее, чем алканы с одинарной сигма-связью. Алкены могут использоваться в качестве топлива для бензиновых двигателей благодаря высокой стойкости к воспламенению. Кроме того, его можно использовать в качестве дизельного топлива за счет повышения температуры самовоспламенения. Важнейшие свойства алкенов придают реакции присоединения с H ₂ , X ₂ , HX и H ₂ О соединения. Атомы углерода алкенов не полностью насыщены водородом. Следовательно, алкены легче ассоциировать с такими элементами, как водород, хлор и бром, поскольку они более химически активны, чем алканы и нафтены. Благодаря такой реакционной структуре они используются в качестве сырья для получения топлива более высокого качества такими методами, как гидрирование, полимеризация и алкилирование. Хотя алкены присутствуют в очень малых количествах в сырой нефти, обычно их можно получить методами термического и каталитического крекинга, которые представляют собой нагревание или каталитическое разложение продуктов с большими молекулами. Алкены в больших количествах присутствуют в бензине, полученном этими способами. Высокая устойчивость алкенов к воспламенению делает их хорошим топливом для бензиновых двигателей, но они также могут быть топливом для дизельных двигателей за счет повышения склонности к воспламенению [1, 2, 3, 5, 9].]. На рис. 4 представлена ​​молекулярная структура некоторых алкенов.

Рис. 4.

Молекулярная структура некоторых алкенов [5].

2.4 Алкины (ацетилены)

Алкины представляют собой соединения, имеющие общую замкнутую формулу C _n H _2n−2 и имеющие по крайней мере одну тройную связь (C☰C) между атомами углерода. Алкины являются ненасыщенными углеводородами из-за того, что все атомы углерода не имеют достаточного количества связей с водородом. Кроме того, алкины имеют суффикс «-in», который добавляется к концу соединения и обозначается в соответствии с числом атомов углерода в самой длинной цепи. Самым простым и известным соединением является ацетилен (C ₂ H ₂ ). Алкины также могут называться производными ацетилена. Алкены более реакционноспособны, чем алканы и нафтены, потому что они ненасыщенные. Таким образом, они могут легче реагировать с такими элементами, как водород, хлор и бром, с образованием соединения [3, 5, 9]. На рис. 5 представлена ​​молекулярная структура некоторых алкенов.

Рис. 5.

Молекулярная структура некоторых алкинов [5].

2.5 Ароматические соединения (производные бензола)

В конце девятнадцатого века органические соединения были разделены на два класса: алифатические и ароматические. Алифатические соединения означали, что соединения проявляли «липароидное» химическое поведение, в то время как ароматические соединения означали низкое содержание водорода/углерода и «ароматные». Ароматические соединения представляют собой ненасыщенные углеводороды, имеющие двойные связи между атомами углерода, которые имеют замкнутую общую формулу C _н Н _2н-6 . Ароматические соединения связаны друг с другом ароматическими, а не одинарными связями. Другими словами, ароматические соединения также называют аренами. Хотя ароматические соединения являются ненасыщенными соединениями, их химические свойства отличаются от других алифатических ненасыщенных соединений. В отличие от алкенов и алкинов ароматические соединения не дают реакции присоединения, характерной для ненасыщенных соединений. Кроме того, ароматические соединения осуществляют реакции замещения, особенно характерные для насыщенных углеводородов. По этим причинам, поскольку ароматические соединения более стабильны, чем другие ненасыщенные соединения, ароматические соединения были отнесены к отдельному классу углеводородов. Благодаря наличию более одного атома углерода с двойными связями и циклической структуре они имеют прочную структуру связи и обладают высокой устойчивостью к воспламенению. Плотность ароматических соединений варьируется от 800 до 850 кг/м 9 .0177 3 . Более высокие плотности в жидком состоянии приводят к тому, что они имеют высокое содержание энергии на единицу объема, но имеют низкую теплотворную способность на единицу массы. Связи между атомами углерода прочны; ароматические соединения обладают высокой детонационной стойкостью. Следовательно, из-за высокого октанового числа ароматических соединений они могут быть хорошим бензиновым топливом с добавлением бензина для повышения детонационной стойкости, но они не подходят для использования в качестве топлива для дизельных двигателей из-за их низкого цетанового числа. Простейшим ароматическим соединением является бензол с химической формулой C ₆ Н ₆ . Основные структуры других ароматических соединений также состоят из бензола. Как правило, их можно получить искусственно из угля и использовать в качестве добавки к бензину для повышения детонационной стойкости бензина. Ароматические соединения следует использовать с осторожностью, поскольку они канцерогенны, вызывают загрязнение выхлопных газов, обладают высокой растворимостью и оказывают коррозионное воздействие на системы подачи топлива [1, 2, 3, 5, 6, 9]. На рис. 6 показана молекулярная структура некоторых важных ароматических соединений.

Рис. 6.

Молекулярная структура некоторых ароматических соединений [5].

Объявление

3. Топлива для двигателей внутреннего сгорания

Бензин и дизельное топливо, являющиеся производными сырой нефти, обычно используются в двигателях внутреннего сгорания. Приблизительная элементная структура средней сырой нефти состоит из 84% углерода, 14% водорода, 1–3% серы и менее 1% азота, атомов кислорода, металлов и солей. Сырая нефть состоит из широкого спектра углеводородных соединений, состоящих из алканов, алкенов, нафтенов и ароматических соединений. Это очень маленькие молекулярные структуры, такие как пропан (C ₃ H ₈ ) и бутана (C ₄ H ₁₀ ), но также могут состоять из смесей различных структур с очень большими молекулами, таких как тяжелые масла и асфальт. Поэтому для использования в двигателях внутреннего сгорания сырую нефть необходимо перегонять. В результате тепловой перегонки сырой нефти получают такие нефтепродукты, как нефтяные газы, топливо для реактивных двигателей, керосин, бензин, дизельное топливо, тяжелые топлива, машинные масла, асфальт. В целом при перегонке сырой нефти получается в среднем 30 % бензина, 20–40 % дизельного топлива и 20 % мазута, а тяжелых масел получается от 10 до 20 % [2, 5].

При перегонке сырой нефти бензин получают при температуре от 40 до 200°С, а дизельное топливо при температуре от 200 до 425°С. Для использования этих топлив в двигателях необходимо учитывать некоторые важные физические и химические свойства, такие как удельный вес топлива, структурный компонент, теплотворная способность, температура вспышки и температура сгорания, температура самовоспламенения, давление паров, вязкость топлива, требуется поверхностное натяжение, температура замерзания и текучесть на холоде. Удельная масса, плотность топлива уменьшаются с увеличением содержания водорода в молекуле. Плотность бензина и дизельного топлива обычно указывается в кг/м 9 .0177 3 при 20°C. Номер Американского института нефти (API) — это международная система измерения, которая классифицирует сырую нефть по ее вязкости в соответствии с американскими стандартами. Удельный вес можно определить как отношение веса данного объема данного вещества при 15,15°C (60°F) к весу воды при том же объеме и температуре. Соотношение между номером API и удельным весом выражается следующим образом [1, 2, 5]: Е1

API=141,5Удельный вес15,15℃/15,15℃−131,5 E2

В соответствии с номером API сырая нефть делится на три группы: тяжелая, средняя и легкая, и по мере увеличения номера API сырая нефть становится более жидкой. Степень API дизельных топлив колеблется примерно от 25 до 45. Вязкость, цвет, основной компонент и определение сырой нефти по марке API приведены в табл. 1 [1, 5].

Таблица 1.

Классификация сырой нефти по классу API [5].

В то время как плотность бензина составляет ρ  = 700–800 кг/м ³ , для дизельного топлива она варьируется в пределах ρ  = 830–950 кг/м ³ . В то время как содержание углерода в алкановом и нафтеновом топливе составляет 86%, в ароматическом топливе оно составляет около 89%. Помимо атомов углерода и водорода, в бензине и дизельном топливе можно найти серу, асфальт и воду. В частности, сера может вызывать коррозию деталей двигателя, а продукты сгорания серы оказывают негативное воздействие на окружающую среду. Асфальт прилипает к клапану на поверхностях поршня и вызывает износ. Вода вызывает коррозию и снижает теплотворную способность топлива. Это нежелательные компоненты в топливе. Тепловые характеристики жидкого топлива даны в единицах массовой энергии (кДж/кг или ккал/кг), а тепловые характеристики газового топлива даны в единицах энергии (кДж/л, кДж/м 9 ).0177 3 или ккал/м ³ ). Теплотворная способность топлива выражается двояко: как низшая, так и высшая теплотворная способность. Если вода в топливе находится в парообразном состоянии в конце измерения, это дает более низкую теплотворную способность этого топлива. Когда вода в топливе конденсируется в конце измерения, она отдает теплоту испарения в систему, а измеренное значение дает более высокую теплотворную способность топлива. В результате в капсуле калориметра получается однофазный пар в результате измерения теплотворной способности, так что измеряется более низкая теплотворная способность. Двойная фаза (фаза жидкость-пар) получается таким образом, что измеряется более высокая теплотворная способность. При достаточном нагреве топливовоздушной смеси топливо начинает самовоспламеняться без внешнего воспламенения. Эта температура называется температурой самовоспламенения (SIT) топлива, а время задержки сгорания топлива называется задержкой воспламенения (ID). Термины SIT и ID являются важными характеристиками моторного топлива. Значения SIT и ID варьируются в зависимости от таких переменных, как температура, давление, плотность, турбулентность, вращение, соотношение воздух-топливо и наличие инертных газов. Самовоспламенение является основным законом процесса сгорания в дизельных двигателях. Желательно, чтобы значение SIT было высоким для бензиновых двигателей и низким для дизельных двигателей. Температура самовоспламенения бензина составляет 550°С и выше [1, 2, 4].

В зависимости от типа бензинового или дизельного двигателя требуемые свойства топлива различаются. Наиболее важными свойствами бензинового топлива являются такие свойства, как испаряемость и детонационная стойкость, в то время как дизельное топливо должно обладать такими важными топливными свойствами, как вязкость, поверхностное натяжение и склонность к воспламенению. В бензиновых топливах испаряемость и стойкость к детонации являются одними из наиболее важных параметров, влияющих на работу двигателя. Испаряемость бензинового топлива влияет на скорость и количество испарения топлива во впускном канале и в цилиндре. Низкая летучесть топлива влияет на образование достаточного количества воздушно-топливной смеси, но когда она очень летучая, она может препятствовать протеканию топлива, создавая пузырьки пара во всасывающем канале при локальном повышении температуры. Когда фронт пламени продвигается вперед во время горения, с повышением температуры и давления внутри цилиндра он сжимает воздушно-топливную смесь, до которой фронт пламени еще не может добраться. Таким образом, топливо может образовать еще один фронт горения за счет самопроизвольного достижения топливом температуры воспламенения с выделением тепла и излучения. Скорость горения фронтов пламени в этих разных точках может составлять 300–350 м/с, а давление в цилиндре может возвратно-поступательным образом достигать 9–12 МПа. При этих высоких значениях скорости и давления фронты пламени затухают, ударяясь друг о друга или о стенки камеры сгорания. Это демпфирование не только вызывает потерю энергии, но и увеличивает локальную теплопроводность. В результате такой ситуации снижается производительность двигателя. Это явление называется стуком в бензиновых двигателях и является нежелательной ситуацией. Химическая структура топлива оказывает существенное влияние на температуру самовоспламенения. Октановое число (ОН) определяется как свойство топлива к детонационной стойкости или насколько хорошо само топливо воспламеняется. Октановое число обратно пропорционально длине цепи молекул топлива. Чем короче длина молекулярной цепи топлива, тем выше октановое число. Однако октановое число прямо пропорционально компоненту разветвленной боковой цепи. Чем выше разветвление в молекулярной цепи, тем выше октановое число топлива. Другими словами, это приводит к повышению детонационной стойкости топлива. Как правило, увеличение количества атомов углерода в составе топлива повышает ударопрочность. Однако октановые числа циклических молекул, нафтенов, спиртов и ароматических соединений высоки. Для масштабирования октанового числа бензина берутся две точки отсчета, которые представляют собой точки 0–100. Октановое число нормального гептана (С ₇ H ₁₆ ) принимается равным 0, а октановое число изооктана (C ₈ H ₁₈ ) считается равным 100. соединения имеют почти одинаковые значения летучести и температуры кипения. Причина использования этих двух топлив в качестве точки отсчета заключается в том, что оба топливных соединения имеют почти одинаковые значения летучести и температуры кипения. Также доступны такие виды топлива, как спирты и бензолы, с октановым числом выше верхнего октанового числа этой меры. В бензиновых двигателях присадки используются для повышения детонационной стойкости топлива для предотвращения детонации. Двумя наиболее часто используемыми методами определения октанового числа топлива являются метод двигателя и исследовательский метод. Октановые числа, определенные этими методами, дают значения моторного октанового числа (МОЧ) и исследовательского октанового числа (ИОЧ) соответственно. В таблице 2 приведены условия проведения испытаний по определению октанового числа топлива [1, 2, 4, 5].

Таблица 2.

Условия испытаний для измерения октанового числа [4].

Поскольку температура воздуха на входе по методу MON выше, чем по методу RON, температура дожигания достигает более высоких значений. Таким образом, топливо самовозгорается и стучит. Следовательно, октановое число, полученное по методу MON, ниже, чем октановое число, полученное по методу RON, потому что он работает при более низких степенях сжатия по методу MON. Разница значений между этими двумя методами определения октанового числа называется чувствительностью к топливу (FS). Когда число чувствительности к топливу находится в диапазоне от 0 до 10, утверждается, что детонационная характеристика топлива не зависит от геометрии двигателя, а если она выше этих значений, то детонационная характеристика топлива сильно зависит от сгорания. Геометрия камеры двигателя. YD рассчитывается, как в уравнении. (3):

FS=RON-MON E3

Геометрия камеры сгорания, турбулентность, температура и наличие инертных газов являются параметрами, влияющими на октановое число. Октановое число сильно зависит от скорости пламени в воздушно-топливном заряде. При увеличении скорости пламени воздушно-топливная смесь выше температуры самовоспламенения немедленно сгорает во время задержки воспламенения. Таким образом, существует прямая зависимость между скоростью пламени и октановым числом, так как скорость пламени позволит топливу вытекать без детонации. Спирты имеют высокую скорость воспламенения, поэтому их октановые числа высоки. Период ID не зависит от физических свойств топлива, таких как плотность и вязкость в горячем двигателе в установившемся режиме. Это сильно зависит от компонентов топливной химии. Поэтому для повышения октанового числа топлива добавляют такие присадки, как спирты или органические соединения марганца [4, 5]. Можно работать при более высоких степенях сжатия за счет увеличения октанового числа топлива. Таким образом, высокая степень сжатия увеличивает мощность двигателя и обеспечивает экономию топлива [10].

Дизельное топливо делится на две основные категории: легкое дизельное топливо и тяжелое дизельное топливо. Химическая формула легкого дизельного топлива приблизительно равна C _12,3 H _22,2 , тогда как тяжелое дизельное топливо считается C _14,06 H _24,8 . Молярная масса легкого и тяжелого дизельного топлива составляет приблизительно 170 и 200 г/моль соответственно. Вязкость, поверхностное натяжение и склонность топлива к воспламенению являются важными параметрами свойств топлива в дизельных топливах. Легкое дизельное топливо имеет меньшую вязкость и требует меньше работы по перекачке. Поскольку низкая вязкость также снижает поверхностное натяжение топлива, топливо имеет меньший диаметр капель при распылении. В отличие от бензиновых двигателей в дизельных двигателях желательно иметь высокую склонность к воспламенению, поскольку сгорание в дизельных двигателях основано на самовозгорании топливовоздушной смеси. В этот момент цетановое число, которое является мерой способности топлива к воспламенению, становится характеристикой топлива. Другими словами, это величина, которая количественно определяет период задержки воспламенения. Гексадекан (С ₁₆ H ₃₄ ), топливо с прямой цепью алкановой группы, считается наивысшей контрольной точкой цетанового числа, которое является мерой склонности к воспламенению. Другой контрольной точкой является цетановое число 15 в виде гептаметилнонана (ГМН) C ₁₂ H ₃₄ , либо за низшую контрольную точку принимается нулевая величина цетанового числа альфа-метилнафталина C ₁₁ H ₁₀ топлива. В первую очередь в двигатель с регулируемой степенью сжатия запускается топливо с неизвестным цетановым числом. Затем проводят испытание двигателя до степени сжатия, при которой начинается первый стук для определения степени сжатия топлива. Затем смесь этих двух эталонных топлив в различных соотношениях испытывается при заданной степени сжатия, и эталонные топлива смешиваются до начала детонации. Процентное содержание гексадекана в момент детонации в топливной смеси гептаметилнонана или альфа-метилнафталина дает нам цетановое число измеренного топлива. Было разработано несколько эмпирических уравнений с использованием физических свойств топлива, поскольку испытания двигателя очень трудоемки и дорогостоящи при определении цетанового числа. Эти методы, которые измеряют склонность топлива к воспламенению, называются цетановым индексом, анилиновой точкой или дизельным индексом. Анилин — ароматическое соединение, которое очень легко смешивается с соединениями своей группы даже при низких температурах, в то время как с алканами (парафинами) образует смеси труднее. Следовательно, гексадекан (C ₁₆ H ₃₄ ), который представляет собой алкановую группу и имеет высокую склонность к воспламенению, имеет высокую температуру смешивания с анилином. Смесь пробы топлива с таким же количеством анилина нагревают для нахождения индекса дизеля. Затем весь анилин растворяется в топливе. После этого смесь охлаждают для отделения анилина от топлива. Эта температура, при которой анилин отделяется от топлива, называется анилиновой точкой. Индекс дизельного топлива рассчитывается с использованием анилиновой точки и класса API, указанных в уравнении. (4):

Дизельный индекс = Анилиновая точка °F×API при 60 °F100 E4

Чем выше значение индекса дизельного топлива, тем топливо более алкановое (по парафиновой структуре) и имеет более высокую склонность к воспламенению. Повышение летучести дизельных топлив вызывает ускорение испарения топлива и снижение вязкости. Как правило, это нежелательно, поскольку топливо вызывает снижение цетанового числа [1, 2, 4].

Некоторые виды топлива, обычно используемые в двигателях, представлены в Таблице 3. Некоторые важные свойства топлив, такие как закрытые формулы, молярная масса, низшая и высшая теплотворная способность, стехиометрические соотношения воздух/топливо и топливо/воздух, температура испарения , моторное октановое число (MON), исследовательское октановое число (RON) и цетановое число приведены.

Таблица 3.

Распространенные виды топлива и их свойства [4].

Цетановый индекс можно рассчитать по формуле (5) что показано при перегонке топлива. Он рассчитывается по температурам и плотности испаряемого топлива при 10, 50 и 90% объемных соотношений по перегонке топлива:

СИ=45,2+0,0892Т10-215+0,131Т50-260+0,523Т90-310+0,901ВТ50-260-0,420ВТ90-310+0,00049Т10-2152-0,00049Т9 3102+107Б+60Б2 E5

Значения T ₁₀ , T ₅₀ и T ₉₀ представляют собой температуры испарения топлива в объемных соотношениях 10, 50 и 90% соответственно. B  = -exp[-3500( ρ — 850)] — 1, где ρ  = плотность в кг/м ³ при 15°C. Эта формула связана с цетановым числом, если только в топливо не добавляются цетаноповышающие присадки. В противном случае цетановое число легированных топлив может быть измерено в экспериментах по испытанию двигателя. Другим методом, используемым для расчета цетанового индекса, является эмпирическое уравнение, приведенное в уравнении (6), рассчитанное с использованием некоторых физических свойств топлива [5]:

SI=-420,34+0,016G2+0,192Glog10Tgn+65,01log10Tgn2-0,0001809Tgn2 E6

, где G  = (141,5/S _г ) −131,5 — степень API топлива. S _g и T _gn — относительная температура кипения в °F и относительная плотность соответственно.

Полуэмпирическое выражение, которое прогнозирует продолжительность ID на основе цетанового числа и других рабочих параметров, выглядит следующим образом: Е7

ID (°CA) – время в угле поворота коленчатого вала, E _A  = (618,840)/(цетановое число + 25) энергия активации, R _u  = 8,314 кДж/кмоль K универсальная газовая постоянная, T _em и P _em температура в начале времени сжатия соответственно (K) и давление (бар), ε  = степень сжатия, а k  = cp/cv = 1,4 значения, используемые при анализе стандартного воздушного цикла. ID рассчитывается по формуле, приведенной в уравнении. (8). Выражается в миллисекундах для двигателя при n об/мин [4]: ​​

IDms=DºCA/0,006n E8

Низкое цетановое число дизельных двигателей приводит к увеличению времени ID, что, в свою очередь, сокращает время, необходимое для сгорания и CA. Увеличение времени ТГ приводит к накоплению в камере сгорания большего количества топлива, чем требуется. Таким образом, это избыточное топливо вызывает внезапное и сильное повышение давления во время начала сгорания. Эти внезапные повышения давления вызывают механические напряжения и тяжелую работу двигателя, что известно как детонация дизеля [2, 4].

Вкратце, цетановое число и октановое число относятся к самовозгоранию топлива. Более высокое цетановое число указывает на то, что дизельное топливо сгорает внезапно и легко. Высокое октановое число определяет устойчивость бензина к внезапному воспламенению. Как правило, если цетановое число высокое, октановое число низкое. Между этими двумя свойствами существует обратная зависимость, так что цетановое число низкое, если октановое число высокое [5].

Реклама

4. Газ природный и сжиженный нефтяной (СНГ)

Природный газ представляет собой газовую смесь, содержащую метан, этан, пропан, пентан и гексан в более легком, чем воздух, содержании, без цвета, запаха и вкуса. Однако он содержит небольшое количество (0–0,5% по объему) углекислого газа, азота, гелия и сероводородного газа. Как правило, этот газовый состав содержит около 70–90% метана, 0–20% этана и немного меньше пропана, чем этана. Природный газ, используемый на рынке, очищается и отделяется от других газов и используется в виде почти чистого метанового газа (CH ₄ ) [5]. Природный газ можно хранить в виде сжатого природного газа (СПГ) при высоком давлении, например 16–25 МПа, или в виде сжиженного природного газа при низком давлении, например 70–210 кПа, и при очень низких температурах, например −160 °C. Природный газ можно хранить с помощью этих методов и обычно использовать в качестве сжатого природного газа (СПГ) в двигателях внутреннего сгорания с одноточечной системой распыления. Система одноточечного распыления позволяет наиболее эффективно использовать природный газ, поскольку обеспечивает более длительное время смешивания, чем требуется для природного газа [4]. В таблице 4 показаны соединения, образующие природный газ, и температуры кипения.

Таблица 4.

Соединения и температуры кипения в природном газе [5].

Существуют двухтопливные дизельные двигатели, в которых природный газ и дизельное топливо работают вместе. Природный газ подается в камеру сгорания примерно со скоростью звука. Это приводит к высокой турбулентности и высокой скорости пламени. Природный газ имеет более низкие температуры сгорания, чем дизельное топливо, и при позднем распылении температура камеры сгорания может быть дополнительно снижена. Снижение температуры камеры сгорания значительно снижает NO _x формирование. Однако низкое содержание углерода в природном газе приводит к меньшим выбросам CO ₂ и значительно меньшему количеству твердых частиц [4].

Газовые двигатели, преобразующие метан в энергию, являются одним из наиболее распространенных применений природного газа. Газы, образующиеся на свалках, обычно содержат от 45 до 65% метана. Помимо метана, эти свалочные газы содержат сильно загрязняющие газы различного качества, такие как фтор, хлор, кремний и твердые частицы. В частности, из-за коррозионного и абразивного действия этих газов в двигателях должны использоваться специальные материалы для поршней и клапанов. Теплотворная способность природного газа составляет от 33,4 до 40,9.МДж/м ³ . CO ₂ , H ₂ O и 891 кДж энергии получаются при полном сгорании 1 моль газообразного метана. Уравнение сгорания 1 моля метана описано в уравнении (9) следующим образом:

Ch5g+2O2g→CO2g+2h3Ol+891кДж E9

Высокая скорость пламени и октановое число 120 природного газа позволяют использовать природный газ при высокой степени сжатия. Это гарантирует, что природный газ является хорошим топливом для бензиновых двигателей. Кроме того, природный газ имеет низкий уровень выбросов выхлопных газов. Кроме того, наиболее важным преимуществом газового топлива является то, что природный газ может быть получен из такого источника, как уголь, который имеет много запасов по всему миру. Однако, поскольку низкоэнергетическая емкость природного газа находится в форме газа, его низкий объемный КПД приводит к снижению производительности двигателя. Недостатки этого топлива заключаются в том, что для природного газа требуются резервуары для хранения топлива под высоким давлением; дозаправка требует времени и имеет переменные компоненты топлива по содержанию природного газа [4]. В таблице 5 представлены свойства природного газа и его сравнение с другими видами топлива в виде тепловых значений.

Таблица 5.

Свойства природного газа и его сравнение с другими видами топлива [11].

СНГ, сжиженный нефтяной газ, производится в качестве побочного продукта в процессе производства природного газа или при перегонке нефти на нефтеперерабатывающих заводах. В общем, он содержит 90% пропана, 2,5% бутана и небольшое количество этана и пропилена с тяжелыми углеводородами. Эти соотношения газов пропана и бутана в СНГ могут варьироваться в зависимости от регионов и областей использования [5]. В последние годы пропан-бутановые смеси в различных соотношениях (80 % пропан/20 % бутан, 70 % пропан/30 % бутан, 50 % пропан/0 % бутан) были испытаны в качестве топлива для транспортных средств. Сжиженный нефтяной газ, используемый в Турции, состоит из 30% пропана и 70% бутана. СУГ является наиболее предпочтительным видом топлива после бензина и дизельного топлива, так как СУГ намного легче хранить и транспортировать, чем природный газ [1, 4].

Сжиженный нефтяной газ — бесцветный, не имеющий запаха, нетоксичный и легко воспламеняющийся газ. Сжиженный нефтяной газ представляет собой смесь пропана и бутана, которая является газом при нормальном давлении и температуре. Однако сжиженный нефтяной газ представляет собой жидкость при умеренном давлении. Кроме того, он в два раза тяжелее воздуха и в два раза легче воды. Поэтому в случае протечки СУГ стекает на пол. LPG в жидком состоянии расширяется примерно в 273 раза по сравнению с объемом жидкости. Это называется внезапным расширением и охлаждением при резком перепаде температуры с очень быстрым испарением жидкого топлива при переходе его в газообразное состояние. Так как это может вызвать обморожение, к газу нельзя прикасаться голыми руками. Хотя сжиженный нефтяной газ является неагрессивным газом, он может расплавить краску и масло, а также раздуть материалы из натурального каучука, в результате чего они потеряют свои свойства. Поэтому использование совместимых с LPG материалов в автомобильных газовых системах, использующих LPG, очень важно для безопасности [1, 5]. Система LPG широко используется в автомобилях с бензиновым двигателем. В связи с этим сравнение физико-химических свойств газов пропана и бутана, входящих в состав СУГ и бензинового топлива, приведено в таблице 6.

Свойства	Пропан	Бутан	Бензин
Объемная масса при 15 °C (кг/л)	0,508	0,584	0,73–0,78
Давление газа при 37,8 °C (бар)	12,1	2,6	0,5–0,9
Температура кипения (°C)	−42	0,5	30–225
РОН	111	103	96–98
ПН	97	89	85–87
Низшая теплотворная способность (МДж/кг)	46,1	45,46	44. 03
Низшая теплота сгорания (МДж/л)	23,4	26,5	32,3
Стехиометрическое соотношение	15,8	15,6	14,7

Таблица 6.

Свойства СУГ и бензина [1].

Реклама

5. Выводы

Ископаемые виды топлива, такие как дизельное топливо, бензин, природный газ и сжиженный нефтяной газ, обычно используются в двигателях в качестве топлива. Однако двигатели внутреннего сгорания имеют различия в типах топлива в зависимости от термодинамических циклов. Следовательно, топлива могут быть продемонстрированы в разных свойствах друг с другом. Например, бензиновые топлива должны обладать высокой стойкостью к воспламенению, а дизельные топлива должны иметь хорошее самовоспламенение. По этим причинам углеводородное топливо можно преобразовать с помощью какого-либо химического процесса в зависимости от типа двигателя или путем улучшения свойств топлива. Таким образом, новые формулы топлива или различные свойства топлива могут быть улучшены путем преобразования углеводородов друг в друга с помощью некоторых химических процессов.

Свойства топлива для дизельных и бензиновых двигателей, такие как цетановое число, октановое число, вязкость и плотность, можно улучшить с помощью присадок к топливу. Одной из наиболее перспективных топливных добавок в будущем являются альтернативные виды топлива. Высокое октановое число и склонность спиртов к низкой плотности приводят к улучшению свойств топлива, например, к повышению октанового числа бензина и снижению вязкостно-плотностных свойств дизельного топлива. Кроме того, цетановое число дизельного топлива можно улучшить за счет биодизеля, имеющего высокое цетановое число.

Реклама

Номенклатура

Американский институт нефти

до верхней мертвой точки

цетановое число

высшая теплотворная способность (кДж/кг)

чувствительность к топливу

задержка зажигания (мс)

низшая теплота сгорания (кДж/кг)

сжиженный нефтяной газ

мотор октановое число

частота вращения двигателя (об/мин)

октановое число по исследовательскому методу

оборотов в минуту

цетановый индекс

температура самовоспламенения

угол поворота коленчатого вала (°CA)

Коэффициент теплоемкости

плотность (кг/м ³ )

Ссылки

1. 1. Yardım MH. Motor Teknolojisi «Технология двигателей». 3. Базовое изд. Анкара/Турция: Нобелевский академик Яинджилык; 2017. с. 418
2. 2. Safgönül B et al. Ичтен Янмали Моторлар. Стамбул: Бирсен Яйыневи; 1995. с. 218
3. 3. Алтурал Б. Органик Кимья «Органическая химия». Кайсери: Erciyes Üniversitesi Yayınları No: 159; 2008. с. 473
4. 4. Пулкрабек В.В. В: Яшар Х, редактор. İçten Yanmalı Motorlar Mühendislik Temelleri. 1. Баски изд. Измир: Измир Гювен Китабеви; 2016. с. 480
5. 5. Бешергил Б. Якитлар Яглар «Масло». Измир: Ege Üniversitesi Yayını; 2009. с. 462
6. 6. Соломоновы острова TWG, Fryhle CB. Органик Кимья. Стамбул, Турция: Literatür Yayıncılık; 2002. с. 1346
7. 7. Клэнси С. 12 Учебник по химии для средней школы. 2011-е изд. Уитби, Онтарио/Канада: McGraw-Hill Ryerson; 2011. с. 832
8. 8. Чанг Р. В: Timp TD, редактор. Химия. 10-е изд. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: McGraw-Hill; 2010. с. 1170
9. 9. Хашимоглу С. Дюшук Исы Кайыплы Бир Дизель Моторунда Бийодизель Кулланимин Перформанс и Эмисион Параметрелерин Эткиси. Сакарья: Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya Universitesi; 2005
10. 10. Стоун Р. Введение в двигатели внутреннего сгорания. 2-е изд. Лондон: The Machillan Press Ltd .; 1992. с. 574
11. 11. Küçükçalı R. Yenilenebilir Enerjiler Alternatif Sistemler Isisan Çalışmalari No: 375. Стамбул, Турция: Isisan Akademi; 2008. с. 704

Разделы

Информация о авторе

• 1. Введение
• 2. Фуэли на основе гидроуглеродов
• 3. Fuels of Internal Combostion Engine
• 4. Нормальные бензины и сжима
• Номенклатура

Ссылки

Реклама

Автор:

Selçuk Sarıkoç

Опубликовано: 12 июня 2019 г. Отредактировано: 6 августа 2019 г. Опубликовано: 26 февраля 2020 г.

© 2020 Автор(ы). Лицензиат IntechOpen. Эта глава распространяется в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution 3.0, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

1 галлон бензина · BlueSkyModel

Бензин

Подобно топливу для реактивных двигателей, бензин представляет собой смесь углеводородов, точный состав которой зависит от сырой нефти, из которой он был получен. Кроме того, большинство бензинов содержат такие присадки, как антиоксиданты, ингибиторы статического электричества, ингибиторы коррозии и т. д.

То, что мы покупаем на заправке, представляет собой смесь сотен соединений. Однако, учитывая температуру кипения, используемую для перегонки бензина (120-400 градусов по Фаренгейту), мы знаем, что его углеводороды имеют от 6 до 12 атомов углерода. Большинство людей считают октановым числом — C ₈ H ₁₈ — приемлемое среднее значение ¹ . Октан имеет плотность 0,703 г / мл или 2661,14 г / галлонов .

1. Крис Кайзер, Mad Science Network, «RE: Химическая формула обычного бензина». http://www.madsci.org/posts/archives/2001-04/987004809.Ch.r.html (посещено в марте 2013 г.).

Горение

В бензиновом двигателе смесь бензина и воздуха сгорает для привода поршней. Поршни вращают приводной вал, а приводной вал вращает колеса. В реакции горения бензин (он же октан, C ₈ H ₁₈ ) соединяется с кислородом воздуха ( O ₂ ) с образованием диоксида углерода ( CO ₂ ) и воды ( H 2901 ):

  C  8  H  18   +  O  2   ->  CO  2   +  H  2 (109218) 60 60

Это та же самая реакция горения, которая происходит в нашем организме для получения энергии из пищи.  Конечно, другие элементы в воздухе, такие как азот и углекислый газ, сжигаются в двигателе так же, как и кислород. Эти другие элементы будут создавать другие молекулы, такие как нитраты и озон, но мы будем игнорировать их в наших расчетах.


Конечно, нам нужно сбалансировать уравнение, чтобы одинаковое количество элементов входило и выходило из нашей реакции:

   2    C  8  H  18     +   25    O  2     ->   16    CO  2     +   18    H  2  0   (2) 
 Мы видим, что на каждые две молекулы октана, вступающие в нашу реакцию горения, образуется 16 молекул углекислого газа (или, уменьшая дробь, одна молекула октана дает восемь молекул углекислого газа). Однако молекулы октана и молекулы углекислого газа не имеют одинаковой массы, и масса должна сохраняться.
 Чтобы определить, сколько граммов углекислого газа произведено, нам нужно рассчитать молекулярную массу углекислого газа, молекулярную массу октана и соотношение между ними:
 (1  м  * 12,011  а.е.м.  ) + (2  м  * 15,999  а.е.м.  ) = 44,009  а.е.  (3) 
 (8  м  * 12,011  а.е.м.  ) + (18  м  * 1,008  а.е.м.  ) = 114,232  а.е.м.  (4) 
 44,009  а.е.м.  / 114,232  а.е.м.  = 0,385 (5) 
 Мы знаем, что на каждую молекулу октана, которая вступает в нашу реакцию, образуется восемь молекул углекислого газа (уравнение 2), и мы знаем, что одна молекула углекислого газа составляет 38,5% массы молекулы октана (уравнение 5). В результате мы можем посчитать, сколько граммов углекислого газа получается из одного грамма октана (он же бензин):
 8 * 0,385 = 3,080  г   CO  2   /  г   C  8  H  18   (6) 
 Зная плотность октана (0,703  г  /  мл  или 2661,144  г  /  галлонов  ), мы можем рассчитать количество фунтов углекислого газа, выделяемого одним галлоном октана (он же бензин):
 2661.144  г   C  8  H  18   /  галлонов  * 3,080  г   CO  2    /  g     C  8  H  18     * 1   lb  /453. 592   g   = 18.07   lbs     CO  2    /  gal   (7) 
 Вывод 
 Вот оно! Насколько нам известно, в среднем один галлон бензина производит 18,07 фунта углекислого газа. Если ваш автомобиль расходует 20 миль на галлон, а вы проезжаете 10 000 миль в год, вы будете производить 4,5 коротких тонны углекислого газа.
  Внимание!  В 2012 году Управление энергетической информации США оценило, что один галлон газа производит 19,6 фунтов углекислого газа. Несоответствие, вероятно, связано с тем, что они тестировали настоящий бензин со всеми его присадками и другими соединениями, а не только октановое число. Кроме того, они, вероятно, учитывали влияние других газов в воздухе, таких как азот, углекислый газ и т. д.
  Не забудьте!  В реакции участвуют другие молекулы. Мы не говорим, что вы получаете 18,1 фунта углерода из 5,7 фунта углерода (около веса галлона газа). Это противоречит физике! Мы говорим, что вы получаете 18,1 фунта углекислого газа и 8,3 фунта воды из 5,7 фунта бензина (1 галлон) и 20,5 фунта кислорода.
 Наверх
 Бензин
 Горение
 Вывод
 13.05.03: Химический взгляд: бензин или биодизель? 
 Джинсью Хафалия
 Технологические достижения постоянно разрабатывают новые способы сделать жизнь людей более удобной и эффективной. Автомобили, компьютеры и сотовые телефоны когда-то были предметами роскоши, а теперь стали предметами первой необходимости. Однако все эти удобства потребляют энергию для работы. В результате потребление энергии в мире постоянно растет, причем большая часть энергии поступает из ископаемого топлива. В Соединенных Штатах 81% энергии поступает из невозобновляемых ископаемых видов топлива.  1  Из-за растущей энергетической зависимости люди опасаются, что в мире заканчиваются ископаемые виды топлива, но у нас осталось много ископаемого топлива, которое мы можем использовать.  2  Благодаря технологическому прогрессу мы теперь можем использовать ранее недоступные источники ископаемого топлива.  3  Настоящую озабоченность вызывает загрязнение, возникающее в результате сжигания ископаемого топлива, и его воздействие на окружающую среду.  4 
 В этом учебном разделе я намереваюсь рассказать учащимся о влиянии ископаемого топлива на окружающую среду с химической точки зрения. В течение четырех недель мои ученики будут изучать разделы Стандартов штата Калифорния по химии в разделах «Сохранение вещества и стехиометрия» и «Химическая термодинамика».  5  Тема энергии свяжет воедино стандарты реакций, стехиометрии и тепловой энергии. Цель состоит в том, чтобы учащиеся установили связи между сложными понятиями химии, используя тему, которая имеет отношение к их жизни. Кроме того, студенты будут анализировать научные статьи об энергетике, чтобы выработать собственное мнение по вопросу энергопотребления и энергосбережения. В качестве завершающего задания учащиеся будут сравнивать и сопоставлять два источника энергии и выбирать один из них для продвижения в качестве основного источника энергии для своего сообщества.
 Мои ученики посещают среднюю школу Yerba Buena High School (YBHS) в Сан-Хосе, Калифорния. YBHS - одна из 12 крупных средних школ округа средней школы Ист-Сайд Юнион. Население нашей школы колеблется от 1600 до 1700 учащихся, из которых 69,5% учащихся имеют низкий доход, а 66,8% изучают английский язык. Большинство нашего населения состоит из латиноамериканских/латиноамериканских (57%) и азиатских (32%) студентов.  6  В 2012 году YBHS набрала 683 балла по Индексу успеваемости (API) и не достигла целевого показателя в 689 баллов..  7  В настоящее время школа находится на четвертом году программы усовершенствования, которая называется этапом реструктуризации, который требует развития альтернативного управления для создания плана крупной реструктуризации в школе.  8  YBHS также борется с процентом выпускников, составляющим всего 65%, что значительно ниже, чем показатель выпускников нашего округа, составляющий 76%. Многие из студентов, которые будут участвовать в этом подразделении, будут первыми в своей семье, кто получит высшее образование.  9 
 Аудитория этого раздела учебной программы: 10  th  /11  th  /12  th  учащиеся общего курса химии и учащиеся химии AP. Студенты, решившие изучать общую химию, обычно намереваются продолжить свое образование в колледже, потому что химия является обязательным курсом для подготовки к колледжу. Большинство студентов, сдающих AP Chemistry, заинтересованы в изучении естественных наук и выбирают AP Chemistry как способ подготовки к курсу общей химии в колледже. Блок будет в основном ориентирован на студентов общей химии в качестве аудитории, но может быть изменен для учебной программы по химии AP. Я намерен преподавать этот раздел студентам, изучающим общую химию, в начале 49-го года. 0177-й четверти  во время блока стехиометрии и дать студентам возможность вернуться к термохимии. Студенты-химики AP будут сдавать этот блок в середине 6 -го -го квартала.
 Учащиеся старшей школы Йерба-Буэна посещают 6 классов каждый день, каждое занятие длится 58 минут. Классы естественных наук AP спроектированы как блочные классы, поэтому учащиеся, сдающие AP химию, встречаются в течение 2 последовательных периодов. Весь округ следует этому формату, чтобы на уроках естественных наук AP было достаточно времени для лабораторных работ. Блок разработан таким образом, что действия могут быть включены в виде подразделов в три последовательных блока реакций, стехиометрии и термохимии, с заключительным завершающим действием, которое связывает блоки вместе. В качестве альтернативы, мероприятия также могут быть самостоятельными единицами в качестве обзора трех стандартов, показывающего, как они взаимосвязаны.
 Что такое энергия? 
 В 2003 году профессор Университета Райса и лауреат Нобелевской премии Ричард Смолли составил список под названием «Десять главных проблем, с которыми человечество столкнется в ближайшие 50 лет».  10  В своем списке он поставил энергию как проблему номер один. Если энергия, возможно, является самой большой проблемой для современного общества, то важно понимать значение энергии. Для некоторых это слово может показаться загадочным, потому что это абстрактная сущность, неуловимая и неконкретная. В научном контексте энергия определяется как способность производить изменения или выполнять работу. Энергия может производить свет, тепло, движение, звук, рост и может питать технологии.  11  Подобно тому, как наше тело может принимать пищу и преобразовывать ее в энергию, необходимую для его функционирования, миру нужны способы захвата, хранения и преобразования энергии для функционирования. Разработка новых технологий для эффективного производства дорогостоящей энергии, такой как электричество и топливо, с использованием природных ресурсов является быстро развивающейся областью исследований в области энергетики.
 Каковы источники энергии? 
 Существуют две основные категории источников энергии: невозобновляемая и возобновляемая энергия. Невозобновляемые источники энергии, как следует из названия, не могут быть восполнены после того, как источник энергии израсходован. Конечным источником невозобновляемой энергии является ископаемое топливо. Ископаемое топливо получают из растительных и животных материалов, которые разлагались и перерабатывались естественным образом в течение миллионов лет. Они хранятся под поверхностью земли и должны быть извлечены из-под земли. Эти источники энергии включают уголь, нефть и природный газ.  12 
 С другой стороны, возобновляемые источники энергии считаются лучшими вариантами, чем невозобновляемые источники энергии, потому что их можно пополнять, и мы никогда не исчерпаем их.  13  Некоторыми источниками возобновляемой энергии являются ветер, солнце, гидроэнергетика и биотопливо. Энергия ветра может быть использована с помощью ветряных турбин и для производства электроэнергии. Солнечная энергия — это энергия, получаемая от солнечных лучей, которая может быть уловлена ​​фотогальваническими элементами. Солнечная энергия может быть преобразована в тепло или электричество. Вода также может поставлять энергию через плотины, чтобы улавливать энергию текущей воды для выработки электроэнергии. Наконец, растения и животные могут быть превращены в биотопливо, просто сжигая их или превращая в жидкое топливо, такое как биодизель.  14 
 Рисунок 1: Блок-схема показывает общий обзор различных типов источников энергии. Красные части блок-схемы обозначают конкретные типы энергии, которые будут в центре внимания этого раздела.
 Очевидно, что есть много путей, по которым мы можем собирать энергию для собственного использования. Невозможно подробно рассказать обо всех различных источниках энергии, поскольку их слишком много. В этом блоке основное внимание будет уделено двум источникам энергии, используемым специально для транспорта. Рисунок 1 представляет собой схему различных типов энергии. Это ни в коем случае не исчерпывающий список. Этот блок специально сравнивает два источника энергии. Высокооктановый бензин, произведенный из нефти, станет основой невозобновляемой энергии, а биодизельное топливо, изготовленное из семян растений, станет источником возобновляемой энергии.
 Высокооктановый бензин 
 В настоящее время 28% всего производства энергии в США приходится на транспорт. Это вторая по величине область потребления энергии после электроэнергии с потреблением 40%.  15  В большинстве автомобилей в качестве топлива используется неэтилированный высокооктановый бензин. Высокооктановый газ представляет собой смесь не менее 500 различных углеводородов с числом атомов углерода от 5 до 12. Эта смесь создается из сырой нефти, прошедшей множество этапов очистки.  16  При воспламенении бензин выделяет много энергии, которая используется для движения автомобиля. Бензин с высоким октановым числом проходит через реакцию горения, которая расщепляет бензин при взаимодействии с кислородом на углекислый газ и воду. Для сравнения: в 2008 году в США было зарегистрировано более 244 миллионов автомобилей по сравнению с 79 000 зарегистрированных автомобилей в 1905 году, когда был представлен первый доступный автомобиль.  17 
 Сырая нефть, также известная как нефть, представляет собой тип ископаемого топлива. Существуют разные сорта сырой нефти, и каждый сорт используется для разных целей. Некоторые из, возможно, неожиданных применений сырой нефти — это одежда, капсулы с витаминами, шины и даже зубная паста. Сырая нефть малопригодна, но ее можно перерабатывать для производства множества полезных продуктов, начиная от асфальта для строительства и заканчивая пластмассами. Существует три основных процесса переработки сырой нефти в желаемый продукт. Вот эти три шага: разделение, преобразование и очистка.  18 
 На стадии сепарации сырая нефть перегоняется и разделяется, используя различные температуры кипения компонентов сырой нефти. Некоторыми примерами компонентов с низкой температурой кипения являются бутан и пропан, а примерами компонентов с высокой температурой кипения являются промышленные топлива и асфальтовая основа. Сырая нефть помещается в дистилляционную колонну, так что соединения с более низкой температурой кипения превращаются в пары и поднимаются вверх по дистилляционной колонне, а соединения с высокой температурой кипения остаются внизу.  19  Таким образом, смесь сырой нефти может быть разделена на различные компоненты.
 Некоторые компоненты можно использовать после этапа разделения, но другие должны пройти процесс преобразования для преобразования низкоценной нефти в высокоценную, особенно бензин. Это делается путем взятия низкоценных углеводородных масел с длинной цепью и разрыва цепей для создания более мелких молекул, которые имеют более высокую ценность. Некоторыми примерами этих более дорогих масел являются керосин, используемый в качестве топлива для реактивных двигателей, бензин и дизельное топливо.  20 
 На последнем этапе преобразованные компоненты должны быть очищены. Основной целью этого шага является удаление серы. Это осуществляется путем гидроочистки, при которой компоненты реагируют с водородом при нагревании и высоком давлении в присутствии катализатора. Серу из преобразованных компонентов извлекают, в результате чего получают сероводород (H  2  S) и теперь уже десульфурированный продукт. Теперь продукт готов к использованию, а сероводород далее перерабатывается в элементарную серу и воду.  21 
 Биодизель 
 Одним из многих возможных возобновляемых источников энергии, которые в настоящее время изучаются, является биотопливо. Биодизель — это особый вид биотоплива, который можно производить путем переработки отработанного масла для жарки, такого как кукурузное масло, с кухонь, или его можно использовать из семян растений. Некоторые из наиболее распространенных источников биодизеля поступают из рапсового масла, подсолнечного масла и соевого масла.  22  Масла преобразуются в биодизель посредством химического процесса, чтобы они могли стать топливом для двигателей транспортных средств.
 Рисунок 2: Структура триглицеридов. Красная рамка указывает на часть глицерина, а зеленая рамка указывает на цепи жирных кислот.  23 
 Структура растительного масла, используемого для производства биодизеля, называется триглицеридом. Оно содержит молекулу глицерина, которая присоединена к трем цепям жирных кислот, как показано на рис. 2. Растительное масло нельзя использовать непосредственно в дизельном двигателе, поскольку оно слишком вязкое, и поэтому его необходимо химически преобразовать в биодизель. Это делается с помощью процесса, называемого переэтерификацией, при котором глицерин из растительного масла заменяется метанолом, в результате чего образуются три цепи жирных кислот. Эти разделенные цепи жирных кислот теперь можно использовать в качестве биодизельного топлива.  24 
 Рисунок 3: Производство биодизеля. Слева показана структура глицерина. Правая структура показывает три отдельные цепи жирных кислот, которые теперь называются биодизельным топливом.
 Процесс производства биодизеля относительно прост. Одним из преимуществ биодизеля является то, что его можно производить в больших количествах в промышленности или в небольших количествах в домашних условиях. Первым шагом к созданию биодизеля является объединение метанола с гидроксидом натрия для получения метоксида натрия (NaOCH 9). 0127 3 ). Метоксид натрия добавляют к растительному маслу для удаления глицерина и высвобождения цепей жирных кислот в виде сложных эфиров. Глицерин более плотный, чем сложные эфиры жирных кислот, и будет оседать на дне смеси, после чего можно будет выделить биодизельное топливо.  25  Затем биодизель очищается водой для вымывания излишков глицерина, после чего его можно использовать в качестве источника топлива.
 Энергетические реакции
 Химические реакции происходят, когда молекулы изменяют свой химический состав. Существует пять основных типов реакций: однократное замещение, двойное замещение, реакции разложения, синтеза и горения. Энергия как высокооктанового газа, так и биодизеля высвобождается в процессе, называемом сгоранием. Реакция горения происходит, когда органическая молекула, состоящая из атомов углерода, водорода и кислорода, взаимодействует с молекулами кислорода в воздухе. Искра необходима для преодоления энергии активации, необходимой для начала реакции. Как только она начинается, реакция высвобождает энергию и образует в качестве продуктов углекислый газ и молекулы воды.  26  Ниже приведено общее химическое уравнение.
 CxHyOz + (x + y/4 – z/2) O  2  --> x CO  2  + (y/2)H  2  O(уравнение 1)
 При выражении реакций в виде химического уравнения оно также должно быть выражено в соответствии с законом сохранения материи, который гласит, что материя не может быть создана или уничтожена. В химических уравнениях это показано путем балансировки химического уравнения. И левая сторона (реагенты), и правая сторона (продукты) стрелки должны иметь одинаковое количество атомов. Приведенные ниже уравнения демонстрируют сгорание октана и биодизельного топлива (используется средняя молекула в правой части рисунка 3).
  2  C  8  H  1   8  +  25  O  2  ->  16  CO  2  +  18  H  2  2).
 C  1   9  H  3   6  O  2  +  27  O  2  ->  19  CO  2  +  ->  1 CO  2  +  ->  1 CO  2  +  ->  1.
 Уравнения баланса могут быть трудными, потому что не существует математического уравнения, которое каждый раз будет давать правильный ответ. Однако можно выполнить шаги, чтобы получить правильное сбалансированное уравнение. Первый шаг — написать химическое уравнение с правильными химическими формулами для реагентов слева и продуктов справа. Затем определите атомы в самом сложном веществе и сбалансируйте эти атомы. Атомы, встречающиеся в виде свободных элементов, должны уравновешиваться в последнюю очередь. Наконец, если какой-либо коэффициент в сбалансированном уравнении является дробью, то все уравнение необходимо умножить на знаменатель дроби, чтобы убедиться, что используются целые числа коэффициентов.  27 
 Стехиометрия энергетических реакций 
 После того, как энергетическая реакция записана в виде сбалансированного химического уравнения, можно проанализировать взаимосвязь между тем, что вводится, и тем, что получается в результате реакции. В частности, интерес в энергетических реакциях представляет собой выход молекул углекислого газа, парникового газа, представляющего интерес для этой установки. Коэффициенты для сбалансированных уравнений показывают мольные отношения между молекулами, участвующими в реакции. Из приведенных выше примеров видно, что две молекулы октана дадут 16 молей углекислого газа. Количество произведенных молей углекислого газа в 8 раз превышает количество сожженных молей октана. Для сравнения, биодизельное топливо представляет собой более крупную молекулу и производит 19молей углекислого газа на один моль биодизеля.
 Мало того, что мы можем сделать эти расчеты, глядя на молекулярные отношения между продуктами и реагентами, более практично обсуждать эту реакцию с точки зрения массы. Октан имеет молярную массу 114,23 г/моль, а молярная масса диоксида углерода составляет 44,01 г/моль. Например, если было сожжено 500 граммов топлива с октановым числом, можно рассчитать массу образовавшегося углекислого газа, используя их стехиометрическое соотношение. 500 граммов октана выделит 1540 граммов CO  2  в атмосферу. Молярная масса биодизеля составляет 296,50 г/моль, поэтому он более чем в два раза тяжелее октана. Используя тот же пример, 500 граммов биодизельного топлива выделяют 1410 граммов углекислого газа.
 Это может показаться нелогичным, поскольку уравнение 1 показывает, что образуется 16 молекул или молей углекислого газа, по сравнению с уравнением 2, которое показывает 19 молекул или молей биодизеля. Это хорошая возможность указать на разницу между отношением моль к молю, которое описывает количество, и отношением граммов к грамму, которое описывает массу. Поскольку биодизель представляет собой более крупную молекулу, 500 граммов биодизеля фактически содержат меньше молей, чем 500 граммов октана. В результате при сгорании биодизеля образуется меньше углекислого газа, чем при той же массе октанового бензина.
 Тепло, аккумулированное химическими связями 
 Причина, по которой ископаемое топливо является таким ценным источником топлива, заключается в том, что из относительно небольшого его количества можно получить большое количество энергии. Энергия источника топлива хранится в связях молекул. Энергию, высвобождаемую из источников топлива, можно рассчитать численно, рассматривая энергии связи. Энергия должна быть вложена, чтобы разорвать связи, но энергия высвобождается, когда связи разрываются. Если происходит чистое выделение энергии, эта реакция является экзотермической, и числовому значению присваивается отрицательный знак, чтобы указать на выделение энергии.  28  Если имеет место чистое поглощение энергии, эта реакция является эндотермической, и числовое значение имеет положительный знак.
 Взглянув на молекулу октана из предыдущих примеров, учащиеся могут рассчитать энергию, необходимую для разрыва связей, и сравнить ее с энергией, выделяемой при образовании связей продуктов. Реакция из уравнения 2 записана ниже таким образом, что показывает количество разорванных связей на стороне реагента и количество связей, образованных на стороне продукта.
 2 (18 C-H + 7 C-C) +25 (O=O) -> 16 (2 C=O) + 18 (2 H-O) (уравнение 4)
 Таблица 1: Средняя энергия связи для связей, которые разрываются или образуются во время реакции горения топлива.  29 
 Энергия разорванных связей в октане рассчитана как 32100 кДж, а образовавшиеся связи выделяют -42400 кДж энергии. Это означает, что на 2 моля октана выделяется -10300 кДж энергии. Это означает, что 1 моль октана выделяет -5150 кДж и что избыточная энергия — это то, что мы можем использовать для питания наших автомобилей. Такой же расчет можно сделать для уравнения 3, сжигание биодизеля. Моль биодизеля выделит -11300 кДж энергии. С точки зрения количества, биодизель выделяет больше энергии на моль, чем октан.
 Как упоминалось в предыдущих параграфах, также важно сравнивать энергосодержание для эквивалентной массы, поскольку октан и биодизель имеют разные молярные массы. Это показывает более четкую картину сравнения энергии, потому что в реальной жизни более практично измерять массы топлива, чем моли топлива. Используя пример 500. граммов каждого вида топлива, октановое число будет выделять -22500 кДж, а биодизельное топливо будет производить -19100 кДж энергии. В этом случае октан выделяет больше энергии по массе.
 Так в чем смысл? 
  Энергетический кризис 
 Взглянув на потребление энергии в британских тепловых единицах (БТЕ) ​​в Соединенных Штатах, потребление энергии в 1949 году составило 31,982 квадриллиона БТЕ. Сегодня страна использует 97 301 квадриллион БТЕ энергии.  30  Резкое увеличение количества потребляемой энергии в Соединенных Штатах привело к переходу от невозобновляемых источников энергии к возобновляемым или устойчивым источникам энергии.
 Несмотря на данные, свидетельствующие о значительном увеличении потребления энергии, утверждается, что нет необходимости опасаться исчерпания источников энергии. Как видно из предыдущих энергетических кризисов, эти кризисы преодолеваются с развитием технологий для удовлетворения потребностей потребителей.  31  Сегодняшняя проблема энергетики не в недостатке ресурсов, а в недостатке скорости добычи нефти.  32 
 Если ископаемого топлива действительно достаточно для поддержания жизни населения, то следующим шагом будет рассмотрение последствий использования текущего количества энергии и определение того, сможет ли окружающая среда справиться с текущим потреблением энергии. Основной проблемой использования энергии является увеличение выбросов парниковых газов, вызывающих глобальное изменение климата. В частности, при сгорании бензина и биодизеля в воздух выделяется углекислый газ, который является одним из крупнейших факторов изменения климата. Однако между двумя источниками энергии есть два ключевых различия.
 Как упоминалось ранее, биодизель является возобновляемым источником энергии, в то время как высокооктановый бензин не возобновляем. Кроме того, биодизель производится с использованием растений, которые являются частью текущего углеродного цикла и, следовательно, не выбрасывают в атмосферу новый углекислый газ. Растения получают энергию от солнца и используют эту энергию для фотосинтеза. Фотосинтез — это процесс, при котором растения поглощают солнечный свет, углекислый газ и воду из атмосферы для производства газообразного кислорода, который выбрасывается в воздух, и сахара, который накапливается в растении (уравнение 5) 9.0007
 Солнечный свет + CO  2  + H  2  O --> O  2  + (CH  2  O) (уравнение 5)
 (CH  2  O) + O  2  --> H  2  O + CO  2  (уравнение 6)
 (CH  2  O) — это сокращенное обозначение углевода. Животные зависят от фотосинтеза растений как источника кислорода и сахара (в пищу). Когда животные дышат, они возвращают растениям углекислый газ, необходимый для фотосинтеза (см. уравнение 6).  33  Сжигание биодизельного топлива не увеличивает выбросы углекислого газа в атмосферу, а преобразует углерод, который уже является частью углеродного цикла из растительных веществ, в атмосферный углекислый газ. Другими словами, в биодизельном топливе не используется секвестрированный углерод, поэтому он фактически считается углеродно-нейтральным соединением.
 Сжигание ископаемого топлива также приводит к выбросу CO  2  в воздух. Однако проблема с выбросами углекислого газа возникает из-за того, что ископаемое топливо представляет собой секвестрированные молекулы углерода. Эти молекулы углерода были погребены глубоко под землей и не являются частью атмосферного углеродного цикла. При сгорании этих видов топлива в атмосферу поступает новый углекислый газ. Повышенное содержание углекислого газа предотвращает утечку нежелательного тепла из атмосферы. Дополнительное тепло, содержащееся в земной атмосфере, воздействует на окружающую среду.  34  Этот эффект называется глобальным изменением климата.
  Бензин или биодизель: что лучше? 
 Хотя верно то, что высокооктановый бензин вносит большой вклад в глобальное изменение климата, он по-прежнему является предпочтительным топливом для транспорта. Идеальное топливо, которое обеспечивает большое количество чистой энергии, которую можно эффективно использовать при низких затратах, еще предстоит найти. Многие другие факторы, такие как экономика топливной и энергетической политики, должны быть проанализированы, чтобы понять причины, по которым люди предпочитают бензин с более высоким содержанием углерода, а не более чистое топливо.
 Одной из главных движущих сил для бензина является наличие достаточных запасов нефти, которая может быть преобразована в бензин. Новые технологии, которые позволяют нам добывать нефть из источников, которые мы когда-то считали невозможными, открыли возможности для добычи нефти. Например, сланцевая нефть — это осадочная порода, которая при нагревании может выделять нефтяные жидкости.  35  До недавнего времени считалось, что извлечь жидкую нефть из твердой породы невозможно. Однако это новое открытие открыло для нас новый источник нефти, который мы можем использовать вместо обычной сырой нефти.
 Помимо обилия нефтяного топлива, стоимость высокооктанового бензина относительно дешева.  36  С экономической точки зрения более целесообразно использовать в качестве топлива высокооктановый бензин, поскольку он относительно дешев (3,99 долл. США за галлон) по сравнению с коммерческим биодизелем (4,11 долл. США за галлон).  37  Трудно побудить людей платить больше за биодизель из соображений защиты окружающей среды, когда бензин дешевле и его легче купить на заправочных колонках.
 Другая проблема биодизеля заключается в том, что его производство неэффективно. В 2011 году 9% энергии в США приходилось на возобновляемые источники энергии, а из этих 9% только 13% использовалось на транспорте.  38  Проблема заключается в том, что, поскольку биодизельное топливо получают из растений, для производства топлива должно быть достаточно растительного материала. Чтобы биодизель оказал существенное влияние, энергия может производиться путем преднамеренного выращивания энергетических культур. Однако для этого требуется значительное количество земли и воды. Кроме того, фотосинтез — неэффективный процесс, который преобразует только 1% солнечной энергии в биомассу.  39  В свете этих проблем биодизель может оказаться нецелесообразным источником энергии.
 Ответ на вопрос, что лучше, зависит от личных убеждений каждого человека и его потребностей. На этот вопрос сложно ответить, но он также дает учащимся возможность взвесить все «за» и «против» каждой стороны и принять собственное решение. Конечно, это не единственные варианты источников энергии, как показано на рис. модерация - это вариант, который также следует изучить.
 Студенты учатся по-разному. Некоторые учатся визуально, в то время как другие лучше понимают идеи и концепции, выполняя действия. Проблема с обучением большой группы студентов в классе заключается в том, что очень трудно дифференцировать обучение, чтобы удовлетворить потребности стилей обучения каждого отдельного учащегося. Этот модуль будет включать в себя несколько стратегий обучения, так что на протяжении всего модуля студенты будут учиться, участвуя в различных мероприятиях.
 Химия — сложный предмет, потому что концепции могут быть трудными для понимания. Студенты не могут видеть атомы, не говоря уже о том, чтобы сосчитать моль атомов. Им трудно понять, как образуются связи и идею передачи энергии. Тем не менее, это также класс, который позволяет учащимся увидеть доказательства этих концепций через реакции. Одна из стратегий, которая включена в этот раздел, — это демонстрации. Поскольку источники топлива опасны, демонстрации — отличный способ безопасно показать учащимся химические понятия.
 Наряду с демонстрациями лабораторные занятия также помогают учащимся проводить химические реакции, о которых они узнают в курсе. Студенты часто борются с лабораторными навыками, особенно в химической лаборатории, и безопасность является серьезной проблемой, потому что учащиеся иногда могут работать с токсичными химическими веществами и открытым огнем. Тем не менее, это ценный инструмент, потому что лабораторные занятия дают кинестетическим учащимся возможность учиться на практике и помогают им практиковать навыки безопасности. Общий базовый стандарт для 9-10  й  уровень науки заключается в том, что учащиеся смогут «точно следовать сложной многоступенчатой ​​процедуре при проведении экспериментов, проведении измерений или выполнении технических задач, обращая внимание на особые случаи или исключения, определенные в тексте».  40  Этот стандарт хорошо вписывается в этот раздел, и учащиеся не только пройдут этапы лабораторных работ, но и попытаются понять цель каждого этапа и то, как он вписывается в содержание, которое они изучают.
 Уроки естественных наук также играют важную роль в развитии критического мышления учащихся. Поскольку мы изучаем вопросы об энергии, на которые нет четких ответов, учащиеся также будут проводить исследования и анализировать статьи, чтобы сформировать свое собственное мнение по теме энергии. Еще один общий базовый стандарт научной грамотности заключается в том, что учащиеся смогут анализировать текст и определять основные идеи.  41  Цель состоит в том, чтобы учащиеся также творчески мыслили нестандартно, чтобы даже разрабатывать свои собственные идеи для создания эффективной, возобновляемой, чистой энергии.
 Наконец, учащиеся будут выражать свое мнение и защищать его, используя прочитанные статьи и собственные исследования. Публичное выступление является важным навыком, который учащиеся должны развивать, но им не предоставляется много возможностей для этого в классе. В этом блоке они проведут презентацию, в которой объяснят классу свою точку зрения, а также предложат решения нашего энергетического кризиса.
 Мероприятие 1: Демонстрации сжигания метана и изопропилового спирта
 CH  4  + 2 O  2  --> CO  2  + 2 H  2  O (уравнение 7)
 Студенты смогут визуально увидеть 2 реакции горения. Первой реакцией является сжигание газообразного метана (уравнение 7). В этой демонстрации газообразный метан захватывается мыльным пузырем, а затем поджигается. Студенты увидят пламя в воздухе, когда метан сгорает, и четко продемонстрируют реакцию горения.
 Для проведения этой демонстрации необходим легкий доступ к газопроводу. В большинстве школьных газопроводов используется метан, но учителям следует перепроверить, прежде чем проводить этот эксперимент. Для этой демонстрации требуется три установки. Во-первых, необходимо приобрести резиновую трубку длиной около 3 метров. Один конец подключается к газовой линии, а другой конец прикрепляется к пластиковой воронке. Второй набор представляет собой неглубокое ведро со смесью мыла и воды. Чтобы проверить мыльную воду, поместите отверстие воронки в мыльную воду, и на отверстии воронки должна появиться пленка. Окончательная установка — это длинная палка, например метровая линейка, со свечой на конце.
 Начните демонстрацию, поместив отверстие воронки в мыльную воду. Убедитесь, что мыльная пленка закрывает отверстие воронки. Когда газ включается, газообразный метан проходит через трубку в воронку и образует пузырь, заполненный газообразным метаном. Требуется только небольшое количество газа, иначе пузырь лопнет, поэтому необходима практика, чтобы освоиться с этим шагом. Пузырь осторожно высвобождается из воронки легким движением руки. Поскольку метан менее плотный, чем воздух, пузырь будет всплывать к потолку. Пока пузырь находится в воздухе, в него помещается зажженная свеча, которая лопает пузырь и воспламеняет газ метан. Учащиеся увидят, что реакция горения происходит в воздухе (см. Приложение B)
 2 C  3  H  7  OH + 9 O  2  --> 6 CO  2  + 8 H  2  O (уравнение 8)
 Вторая демонстрация включает сжигание изопропилового спирта в 5-галлонной пластиковой бутылке (уравнение 8). Эта демонстрация уместна после того, как учащиеся попрактиковались в уравновешивании уравнений и в некоторой степени освоились со стехиометрическими расчетами. Поскольку уравновешивание этого уравнения сложнее, чем сжигание газообразного метана, оно может быть использовано учащимися как возможность для выполнения некоторых расчетов. Перед фактической демонстрацией попросите учащихся самостоятельно сбалансировать уравнение и предсказать, сколько воды должно получиться при сгорании определенного количества изопропилового спирта.
 Чтобы выполнить эту демонстрацию, 15 мл (примерно 11,80 г) изопропилового спирта наливают в 5-галлонную пластиковую бутылку. Затем бутылку закрывают крышкой и поворачивают так, чтобы спирт покрывал стенки бутылки. Это делается для того, чтобы спирт испарился внутри бутылки и был готов к сгоранию. Если жидкость все еще осталась во флаконе, откройте крышку, выбросьте жидкость и немедленно закройте крышкой. Взвесьте выброшенную жидкость, чтобы рассчитать, сколько изопропилового спирта осталось в бутылке. Рассчитанная масса будет использоваться для определения массы воды, которая должна быть получена в результате реакции. Затем крышку бутылки открывают и в отверстие помещают зажженную свечу, прикрепленную к метровой палочке. Когда спирт воспламеняется, учащиеся могут видеть реакцию горения в бутылке, после чего в бутылке остается вода, продукт реакции горения. Эта демонстрация поможет учащимся попрактиковаться в уравнениях баланса и найти стехиометрическое соотношение между массой сожженного изопропилового спирта и массой оставшейся воды. Кроме того, учащиеся могут рассчитать процент выхода и обсудить источники ошибок (см. Приложение C).
 Мероприятие 2: Производство биодизеля 
 Лабораторная работа для этого блока будет заключаться в производстве биодизеля из растительного масла. Студенты начнут с растительного масла и разорвут связи триглицеридов с помощью метоксида натрия. После изготовления биодизеля учащиеся могут сравнить его с растительным маслом с помощью теста на вязкость, чтобы увидеть разницу между исходным растительным маслом и их конечным биодизельным продуктом.
 Сама процедура производства биодизеля из растительного масла проста, но требует много времени. Студенты должны работать в парах для этой лабораторной работы, если имеется достаточное оборудование. Лаборатория продлится два дня. В первый день студенты возьмут растительное масло и сделают биодизельное сырьё методом переэтерификации. Для этого учащиеся отмеряют 14,0 мл метанола и помещают реагент в банку с крышкой. Затем они отмеряют 0,50 грамма гидроксида натрия и добавляют гидроксид натрия в банку с метанолом. Надев крышку, учащиеся встряхивают банку, чтобы растворить весь гидроксид натрия. Это экзотермическая реакция, поэтому учащиеся должны заметить, что банка нагревается. Давление также будет расти, поэтому учащиеся должны периодически открывать крышку банки, чтобы сбросить давление. Конечным продуктом этой реакции является метоксид натрия.
 Затем учащиеся получат 60 мл теплого растительного масла (около 50  o  C). Затем к метоксиду натрия медленно добавляют теплое растительное масло. Закрыв крышку еще раз, учащиеся осторожно, но энергично встряхивают смесь в течение не менее 10 минут. Затем банку следует пометить и отложить на следующий день, чтобы глицерин и биодизель отделились.
 На следующий день учащиеся должны увидеть два слоя в своей банке. Глицерин будет казаться мутным на дне банки, а биодизель в верхнем слое должен быть светло-желтым и прозрачным. Образовавшийся продукт представляет собой сырое биодизельное топливо, которое можно промыть для дальнейшей очистки. Это делается путем заливки только верхнего слоя биодизеля в делительную воронку, добавления дистиллированной воды к неочищенному биодизелю и встряхивания смеси. Полярность молекул воды удаляет все примеси, оставляя более чистое биодизельное топливо. Промывку неочищенного биодизеля лучше всего проводить в качестве демонстрации, так как она может быть грязной и занимать много времени. Кроме того, при отсутствии делительной воронки этап промывки можно пропустить.
 Сравнение вязкости продукта и исходного растительного масла поможет учащимся определить, удалось ли им создать биодизель. Если капли биодизеля и растительного масла стекают по наклонной поверхности, биодизельное топливо должно двигаться быстрее, потому что оно менее вязкое, чем растительное масло. В постлабораторной работе учащиеся рассчитывают процент выхода, используя объем использованного растительного масла и объем произведенного ими биодизеля. Объем используется для процентной доходности вместо массы, потому что заправочные станции используют доллары/объем для ценообразования. Затем учащиеся посчитают, сколько растительного масла потребуется для заправки 10-галлонной цистерны биодизельным топливом. См. Приложение D для лабораторного листа биодизеля.
 Занятие 3: Чтение научных статей и отчета 
 Часть этого модуля предназначена для студентов, чтобы рассчитать энергию, выделяемую из высокооктанового бензина и биодизеля. После того, как учащиеся рассчитали выход энергии, они могут задаться вопросом, почему существует толчок к биодизелю, когда выход энергии меньше, чем у высокооктанового бензина. В это время студенты познакомятся с идеей глобального изменения климата и воздействием высокооктанового бензина, произведенного из ископаемого топлива, на окружающую среду. Они будут читать статьи, взятые из научных источников, которые выражают разные точки зрения. В некоторых статьях утверждается, что в мире заканчивается ископаемое топливо, в то время как в других утверждается, что энергии из ископаемого топлива предостаточно. Некоторые статьи поддерживают производство биодизеля, в то время как другие указывают на его недостатки.
 После прочтения нескольких статей и проведения собственных исследований в Интернете учащимся будет предложено составить собственное мнение о том, что, по их мнению, будет лучшим топливом для их сообщества, и подтвердить свое мнение фактами из собственных исследований. Учащиеся напишут убедительное эссе на основе рубрики в Приложении E.
.
 Упражнение 4: Презентация 
 Когда учащиеся закончат писать сочинение и смогут уверенно изложить свои взгляды, они вместе с партнером создадут презентацию о наилучшем источнике энергии для своего сообщества. Изюминка этой презентации заключается в том, что каждой паре будет назначена определенная группа, интересующаяся энергией, и презентация должна быть сделана с точки зрения этой конкретной группы. Некоторыми примерами этих групп являются нефтяные компании, школы, студенты колледжей и защитники окружающей среды. Цель презентации состоит в том, чтобы учащиеся осознали сложность этой темы в том смысле, что у каждой заинтересованной группы есть своя собственная точка зрения и нет четкого решения этого очень важного вопроса.
 Внедрение окружных стандартов
  Классы 9–12: Стандарты штата Калифорния по химии: 
 3.а.  Учащиеся умеют  описывать химические реакции, составляя сбалансированные уравнения.
 3.д.  Учащиеся умеют  вычислять массы реагентов и продуктов химической реакции по массе одного из реагентов или продуктов и соответствующим атомным массам.
 3.f*  Учащиеся знают , как рассчитать процент выхода в химической реакции.
 7.б.  Учащиеся знают, что  химических процесса могут либо выделять (экзотермические), либо поглощать (эндотермические) тепловую энергию.
 Инициатива по общим основным государственным стандартам: наука и технические предметы
 9-10 классы: общие базовые стандарты
 CCSS.ELA-Literacy.RST.9-10.3 Точно следуйте сложной многоступенчатой ​​процедуре при проведении экспериментов, проведении измерений или выполнении технических задач, обращая внимание на особые случаи или исключения, указанные в тексте.
 CCSS.ELA-Literacy.RST.9-10.9 Сравнивайте и сопоставляйте результаты, представленные в тексте, с данными из других источников (включая их собственные эксперименты), отмечая, когда результаты подтверждают или противоречат предыдущим объяснениям или отчетам.
 11–12 классы: общие базовые стандарты
 CCSS.ELA-Literacy.RST.11-12.1 Приведите конкретные текстовые доказательства в поддержку анализа научных и технических текстов, обращая внимание на важные различия, которые делает автор, а также на любые пробелы или несоответствия в изложении.
 Демонстрация метанового пузыря
 (модифицировано из Flinn Scientific "Chem Fax: Methane Bubbles")
 Материалы:
 1-метровая палка со свечой на одном конце
 1 спичка или зажигалка
 3-4 метра резиновой трубки
 1 воронка
 120 мл жидкого средства для мытья посуды
 800 мл воды
 1 небольшое ведро или контейнер
 газопровод метана
 Безопасность:
 1. Наденьте термостойкий фартук и защитные очки.
 2. Образовавшийся пузырь метана не должен быть больше 4-5 дюймов в диаметре. Большие пузыри могут быть опасны.
 3. Не поджигайте пузыри рядом с лампочками или детекторами дыма.
 4. Имейте наготове огнетушитель на случай аварии.
 Подготовка к демонстрации:
 1. Возьмите резиновую трубку и подсоедините один конец к газовой линии, а другой конец к воронке.
 2. Добавьте 120 мл средства для мытья посуды в маленькое ведро и добавьте 800 мл воды.
 Процедуры демонстрации
 1. Поместите воронку в мыльную воду так, чтобы на отверстии воронки образовалась мыльная пленка.
 2. Откройте линию газообразного метана, чтобы заполнить воронку газообразным метаном. В конце воронки появится пузырь.
 3. Аккуратным движением запястья стряхните пузырек с воронки.
 4. Пузырь начнет подниматься к потолку. Когда пузырь подвешен в воздухе, прикоснитесь к пузырю зажженной свечой и наблюдайте за большим пламенем.
 Советы:
 1. Всегда тренируйтесь на демонстрациях, прежде чем демонстрировать их в классе.
 2. Эту демонстрацию трудно провести в одиночку. Шаги 1-3 процедуры может выполнить студент-добровольец, но с зажженной свечой должен работать учитель.
 Демонстрация сжигания изопропилового спирта
 (модифицировано из Flinn Scientific "Chem Fax: Woosh Bottle")
 Материалы:
 Пластиковый кувшин для воды объемом 5 галлонов с крышкой
 15 мл изопропилового спирта
 1-метровая палка со свечой на одном конце
 Градуированный цилиндр 25 мл
 1 спичка или зажигалка
 Безопасность:
 1. Наденьте термостойкий фартук и защитные очки.
 2. Всегда закрывайте бутылку со спиртом и убирайте ее подальше от демонстрационной зоны.
 3. Никогда не выполняйте эту демонстрацию в стеклянной бутылке. Он может разбиться и нанести серьезные травмы.
 4. Имейте наготове огнетушитель на случай аварии.
 Процедуры демонстрации
 1. Отмерьте 15 мл изопропилового спирта и запишите массу.
 2. Добавьте изопропиловый спирт в 5-галлонный пластиковый кувшин. Закройте бутылку со спиртом и уберите ее подальше от демонстрационной площадки.
 3. Наденьте крышку на 5-галлонный кувшин и медленно вращайте кувшин, чтобы спирт распылился по всей внутренней поверхности. Это позволяет алкоголю испаряться внутри кувшина.
 4. Откройте крышку и удалите лишнюю жидкость. Запишите массу жидкости.
 5. Поставьте кувшин на устойчивую поверхность. Зажгите свечу, прикрепленную к метру, и осторожно поместите зажженную свечу в отверстие кувшина.
 6. Учащиеся увидят пламя внутри бутылки и услышат звук «свист».
 7. После реакции внутри бутылки скапливается вода. Удалите воду и запишите ее массу.
 Советы:
 1. Всегда тренируйтесь на демонстрациях, прежде чем демонстрировать их в классе.
 2. Эта демонстрация хорошо работает в плохо освещенной комнате.
 3. Не используйте пластиковый кувшин сразу после демонстрации. Углекислый газ должен выйти из кувшина, и кувшин будет горячим.
 4. Учащиеся могут написать уравнение сгорания изопропилового спирта и вычислить массу воды, которая должна была образоваться. Используя эту информацию и фактическую массу воды из шага 7, учащиеся могут рассчитать процент выхода и обсудить источники ошибок.
 Лаборатория по производству биодизеля
 (модифицировано на основе Чикагского университета Лойолы: Biodiesel Labs)
 Материалы (на пару)
 1 банка с крышкой
 Мерный цилиндр на 250 мл
 Градуированный цилиндр 25 мл
 1 весы или весы
 1 лодка для взвешивания
 1 шпатель
 100 мл растительного масла
 20 мл метанола
 1,0 г гранул NaOH
 Безопасность:
 1. Метанол легко воспламеняется, а гидроксид натрия очень едкий.
 2. Наденьте защитные очки, фартуки и перчатки.
 Процедура:
 День 1: Получение метоксида натрия
 1. С помощью мерного цилиндра на 25 мл отмерьте метанол в вытяжном шкафу и перелейте его в банку Мейсона. Закройте крышку.
 2. Используя весы, взвесьте гранулы NaOH. Этот шаг нужно сделать быстро, так как гранулы NaOH поглощают воду из атмосферы, и это изменит массу.
 3. Поместите NaOH в банку Мейсона, закройте крышкой и встряхивайте, пока все гранулы не растворятся.
 4. Периодически открывайте банку Мейсона под вытяжным шкафом, чтобы сбросить давление. Отметьте любые наблюдения.
 День 1: Производство неочищенного биодизеля
 1. Мерным цилиндром на 250 мл отмерьте растительное масло.
 2. Налейте растительное масло в банку Мейсона и закройте крышкой.
 3. Тщательно, но энергично встряхивайте смесь в течение примерно 10 минут.
 4. Подпишите банку вашей группы и поставьте ее на ночь в указанное место.
 День 2: Выделение биодизеля
 1. Получите банку Мейсона вашей группы и запишите все изменения.
 2. Биодизель находится вверху, а глицерин (отходы) будет внизу.
 3. Удалите как можно больше биодизеля и запишите его объем.
 4. Найдите обозначенное место в лаборатории с наклонной стеклянной подставкой с маркировкой «начало» и «конец».
 5. Поместите две капли растительного масла в «начальное» положение и засеките время, за которое масло переместится в «конечное» положение.
 6. Повторите шаг 5 с новым биодизелем. Запишите время.
 День 2: Уборка
 1. Вымойте всю стеклянную посуду и рабочее пространство водой с мылом.
 2. Поместите банку Мейсона в специально отведенное место под вытяжной шкаф.
 Вопросы учащихся:
 1. Что вы наблюдали, смешивая растительное масло и метоксид натрия? Как вы думаете, почему это произошло?
 2. Почему в конечном продукте глицерин оказался на дне, а биодизель наверху?
 3. Сколько биодизеля было получено из 100 мл растительного масла?
 4. Рассчитайте процент выхода, используя объемы растительного масла и биодизеля.
 5. Если бы вы хотели заполнить 10-галлонный бак биодизельным топливом, сколько потребуется растительного масла?
 Рубрика эссе об энергетике
 (Создано с помощью Rubistar)
 Энергетическая презентация Рубрика
 (Создано с помощью Rubistar)
  1. "Общая энергия - Данные".  Управление энергетической информации США (EIA)  . Веб. 26 июня 2013 г. Total Energy — Данные — Управление энергетической информации США (EIA) 
  2. Ергин, Дэниел.  Квест: энергия, безопасность и переделка современного мира  . Нью-Йорк: Penguin Press, 2011. 242 
  3. Там же. 244-249 
  4. MacKay, David J. C.  Устойчивая энергетика — без горячего воздуха  . Кембридж, Англия: UIT, 2009 г.. 9 
  5. «Стандарты содержания — Стандарты и концепции (Департамент образования штата Калифорния)».  Департамент образования Калифорнии  . Веб. 14 июля 2013 г. 
  6. «Отчет SARC средней школы Йерба-Буэна».  Округ средней школы Ист-Сайд Юнион  . Веб. 25 июня 2013 г. 
  7. «Отчет школы Base API за 2012 г. — старшая школа Yerba Buena».  Индекс академической успеваемости (API) (Департамент образования штата Калифорния)  . Веб. 26 июня 2013 г. 
  8. «Требования к улучшению школьной программы Раздела I — Раздел I, Часть A — Подотчетность (Департамент образования штата Калифорния)».  Департамент образования Калифорнии  . Веб. 26 июня 2013 г. 
  9. «Отчет SARC средней школы Йерба-Буэна».  Округ средней школы Ист-Сайд Юнион  . Веб. 25 июня 2013 г. 
  10. «Большие задачи: Институт Смолли».  Институт нанотехнологий и науки Ричарда Смолли  . Веб. 14 июля 2013 г. 
  11. «Информационный справочник по вторичной энергии».  Национальный проект развития энергетического образования  . Веб. 14 июля 2013 г. 
  12. «DOE — Ископаемая энергия: как образовалось ископаемое топливо».  Управление ископаемой энергии, Министерство энергетики . Веб. 15 июля 2013 г. 
  13. «Почему возобновляемые источники энергии важны?».  Renewable Energy World - сеть №1 в мире по возобновляемым источникам энергии Новости и информация  . Веб. 15 июля 2013 г. 
  14. «Мир возобновляемых источников энергии».  Сеть № 1 в мире по возобновляемым источникам энергии Новости и информация  . Веб. 15 июля 2013 г. 
  15. «Общая энергия — данные».  Управление энергетической информации США (EIA)  . Веб. 26 июня 2013. 
  16. «Бензин».  Колледж Элмхерст: Элмхерст, Иллинойс  . Веб. 27 июня 2013 г. 
  17. «Факты для функций: * Специальное издание * Model T Centennial (1 октября) - Факты для функций и специальных выпусков - Отдел новостей - Бюро переписи населения США».  Домашняя страница Бюро переписи населения  . Веб. 26 июня 2013 г. 
  18. «Простое руководство по переработке нефти».  ЭксонМобил  . Веб. 14 июля 2013 г. 1 
  19. Там же. 2 
  20 там же. 3 
  21. Там же. 4 
  22. Крейт, Франк и Д. Йоги Госвами. «Хранение, передача и распределение энергии».  Справочник по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии  . Бока-Ратон: CRC Press, 2007. 18–20 
  23. Шефер, Вольфганг. «Триглицерид».  Википедия  . 21 апреля 2005 г. Интернет. 15 июля 2013 г. 
  24. Нельсон, Вилли.  Снова на чистую дорогу: биодизель и будущее семейной фермы  . Golden, Colo.: Fulcrum Pub., 2007. 33 
  25. «Химия биодизеля».  Гошен Колледж  . Веб. 15 июля 2013 г. 
  26. Смут, Роберт С., Джек Прайс и Ричард Г. Смит.  Меррилл химия  . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, Гленко, 1995. 230 
  27. Андерсон, Джеймс Г.. «Атомная и молекулярная структура: энергия химических связей».  Университетская химия: в контексте энергетики и климата на глобальном и молекулярном уровне  .2.26 
  28. «Экзотермические или эндотермические реакции».  Ресурсы для учащихся по общей химии  . Веб. 15 июля 2013 г. 
  29. Zumdahl, Steven S., and Susan A. Zumdahl.Chemistry, 8 th 9Издание 0178 (2010 г.) Издательство Brooks/Cole, Белмонт, Калифорния. 362. 
  30. «Таблица 1.3. Оценки потребления первичной энергии по источникам, 1949–2011 гг.».  Управление энергетической информации США (EIA)  . Веб. 26 июня 2013 г. 
  31. Ергин Даниил.  Квест: энергия, безопасность и переделка современного мира  . Нью-Йорк: Penguin Press, 2011. 231-241 
  32. «Ископаемое топливо: я еще не умер, посчитайте».  Калифорнийский университет в Сан-Диего - Факультет физики  . Веб. 27 июня 2013 г. 
  33. Уокер, Дэвид.  Энергия, растения и человек  . 2-е изд. Brighton: Oxygraphics, 1992. 125 
  34. MacKay, David J.C.  Устойчивая энергетика — без горячего воздуха  . Кембридж, Англия: UIT, 2009. 5-6 
  35. «О горючих сланцах».  Информационный центр PEIS по горючим сланцам и битуминозным пескам  . Веб. 15 июля 2013 г. 
  36. «Переход на биодизель — недешевая альтернатива — Beyond the Barrel (usnews.com)».  Деловые новости и финансовые новости - Бизнес новостей США  . Веб. 15 июля 2013 г. 
  37. «Центр данных по альтернативным видам топлива: публикации».  EERE: Домашняя страница центра данных по альтернативным видам топлива  . Веб. 15 июля 2013 г. 
  38. «Общая энергия — данные».  Управление энергетической информации США (EIA)  . Веб. 26 июня 2013 г. 
  39. Спиро, Томас Г. и Уильям М. Стиглиани.  Химия окружающей среды  . Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Прентис-холл, 19.96.71-72. 
  40. «Инициатива общих основных государственных стандартов, стандарты английского языка, науки и техники, 9–10 классы».  Common Core State Standards Initiative, Home  . Веб. 15 июля 2013 г. 
  41. «Инициатива по общим основным государственным стандартам, стандарты английского языка, наука и технические предметы, 9–10 классы».  Common Core State Standards Initiative, Home  . Веб. 15 июля 2013 г. 
  «Отчет школы Base API за 2012 г. — старшая школа Йерба Буэна».  Индекс академической успеваемости (API) (Департамент образования штата Калифорния)  . Веб. 26 июня 2013 г. . 
  «Простое руководство по переработке нефти».  ЭксонМобил  . Веб. 14 июля 2013 г. . 
  «О горючих сланцах».  Информационный центр PEIS по горючим сланцам и битуминозным пескам  . Веб. 15 июля 2013 г. . 
  «Центр данных по альтернативным видам топлива: публикации».  EERE: Домашняя страница центра данных по альтернативным видам топлива  . Веб. 15 июля 2013 г. . 
  Андерсон, Джеймс Г.. «Атомная и молекулярная структура: энергия химических связей».  Университетская химия: в контексте энергетики и климата на глобальном и молекулярном уровне  . Распечатать. 
  «Инициатива по общим основным государственным стандартам, стандарты английского языка, науки и техники, 9–10 классы».  Common Core State Standards Initiative , Home  . Веб. 15 июля 2013 г. . 
  Connell, D.W.  Основные концепции химии окружающей среды  . Бока-Ратон: Издательство Льюиса, 1997. Печать. 
  «Стандарты контента — стандарты и концепции (Департамент образования штата Калифорния)».  Департамент образования Калифорнии  . Веб. 14 июля 2013 г. . 
  "DOE - Энергия ископаемого топлива: как образовалось ископаемое топливо".  Управление ископаемой энергии, Министерство энергетики . Веб. 15 июля 2013 г. . 
  «Экзотермические или эндотермические реакции».  Ресурсы для учащихся по общей химии  . Веб. 15 июля 2013 г.  html>. 
  «Факты для функций: * Специальное издание * Model T Centennial (1 октября) - Факты для функций и специальных выпусков - Отдел новостей - Бюро переписи населения США».  Домашняя страница Бюро переписи населения  . Веб. 26 июня 2013 г. . 
  «Ископаемое топливо: я еще не умер, подсчитайте».  Калифорнийский университет в Сан-Диего — факультет физики . Веб. 27 июня 2013 г. . 
  «Бензин».  Колледж Элмхерст: Элмхерст, Иллинойс  . Веб. 27 июня 2013 г. . 
  «Переход на биодизель — недешевая альтернатива — Beyond the Barrel (usnews.com)».  Деловые новости и финансовые новости - US News Business  . Веб. 15 июля 2013 г.  com/money/blogs/beyond-the-barrel/2008/03/25/going-biodisel-is-no-cheap-alternative>. 
  «Большие задачи: Институт Смолли».  Институт нанотехнологий и науки Ричарда Смолли  . Веб. 14 июля 2013 г. . 
  Крейт, Фрэнк и Д. Йоги Госвами. «Хранение, передача и распределение энергии».  Справочник по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии  . Бока-Ратон: CRC Press, 2007. Печать. 
  MacKay, David J.C.  Устойчивая энергия — без горячего воздуха  . Кембридж, Англия: UIT, 2009. Печать. 
  «Метановые пузыри». В  Химический Факс!  . Батавия: Flinn Scientific, Inc., 2010. Публикация №
. 
 
  Нельсон, Вилли.  Снова на чистую дорогу: биодизель и будущее семейной фермы  . Голден, Колорадо: Паб Fulcrum, 2007. Печать. 
  Пал, Грег.  Биодизель: создание новой энергетической экономики  . Узел Уайт-Ривер, штат Вермонт: паб Chelsea Green, 2005. Печать. 
  "Мир возобновляемых источников энергии".  Сеть № 1 в мире по возобновляемым источникам энергии Новости и информация  . Веб. 15 июля 2013 г. . 
  "РубиСтар Дом". Рубистар дома. http://rubistar.4teachers.org (по состоянию на 28 июля 2013 г.) 
  Шефер, Вольфганг. «Триглицерид».  Википедия  . 21 апреля 2005 г. Интернет. 15 июля 2013 г. . 
  «Информационная книга по вторичной энергии».  Национальный проект развития энергетического образования  . Веб. 14 июля 2013 г. . 
  Смут, Роберт С., Джек Прайс и Ричард Г. Смит.  Химия Меррилла  . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Гленко, 1995. Распечатать. 
  Спиро, Томас Г. и Уильям М. Стиглиани.  Химия окружающей среды  . Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Prentice Hall, 1996. Печать. 
  «Таблица 1.3. Оценки потребления первичной энергии по источникам, 1949–2011 годы».  Управление энергетической информации США (EIA)  . Веб. 15 июля 2013 г. . 
  «Таблица 1.3. Оценки потребления первичной энергии по источникам, 1949–2011 гг.».  Управление энергетической информации США (EIA)  . Веб. 26 июня 2013 г. . 
  «Часто задаваемые вопросы о биотопливе: факты о биотопливе: биодизель».  Домашняя страница , Коалиция «Энергетическое будущее» (EFC)  . Веб. 26 июня 2013 г. . 
  "Химия биодизеля".  Гошен Колледж  . Веб. 15 июля 2013 г. . 
  «Требования к улучшению школьной программы Раздела I — Раздел I, Часть A — Подотчетность (Департамент образования штата Калифорния)».  Департамент образования Калифорнии  . Веб. 26 июня 2013 г. . 
  «Общая энергия — данные».  Управление энергетической информации США (EIA)  . Веб. 26 июня 2013 г. . 
  Вайкман, Зак. «Изготовление биодизеля из растительного масла первого отжима: руководство для учителя».  Биодизельные лаборатории  . Чикаго: Центр исследований и политики в области городской окружающей среды, 2012 г., стр. 4–8. 
  Уокер, Дэвид.  Энергия, растения и человек  . 2-е изд. Брайтон: Оксиграфика, 1992. Печать. 
  "Почему возобновляемые источники энергии важны?"  Renewable Energy World - сеть №1 в мире по возобновляемым источникам энергии Новости и информация  . Веб. 15 июля 2013 г. . 
  «Бутылка Вуша». В  Химический Факс!  . Батавия: Flinn Scientific, Inc., 2012. Публикация № 95010. 
  "Отчет SARC старшей школы Йерба-Буэна".  Округ средней школы Ист-Сайд Юнион  . Веб. 25 июня 2013 г. . 
  Ергин Даниил.  Квест: энергия, безопасность и переделка современного мира  . Нью-Йорк: Penguin Press, 2011. Печать. 
  Зумдал, Стивен С. и Сьюзен А. Зумдал.  Химия  . 8-е изд. Бельмонт, Калифорния: Брукс/Коул, Cengage Learning, 2010. Печать. 
  Рекомендуемая дополнительная литература для преподавателей и студентов 
  «Ископаемое топливо в изобилии, но какой ценой? , Энергетика, окружающая среда , LiveScience ». Новости науки», «Научные статьи и текущие события», LiveScience. /www.epa.gov/climatechange/basics/ 
  «Биодизель». Экономия топлива. http://www.fueleconomy.gov/feg/biodiesel.shtml 
  Коннор, Стив. «Предупреждение: запасы нефти быстро заканчиваются — Science — News — The Independent». The Independent, Новости, Великобритания и мировые новости, Газета. http://www.independent.co.uk/news/science/warning-oil-supplies-are-running-out-fast-1766585.html 
  Манн, Чарльз К. «Что, если у нас никогда не закончатся Масло?" Атлантический океан. http://www.theatlantic.com/magazine/archive/2013/05/what-if-we-never-run-out-of-oil/309294/ 
  «Что растения могут рассказать о глобальном изменении климата?» Ежедневная наука. 
  www.sciencedaily.com/releases/2013/07/130726112209. 
  Джейк Перриер  (Колледж Вилланова, Брисбен, QL) 
  Преподаваемые предметы:  
  Отличный веб-сайт  
 Я использовал этот веб-сайт для своего ERT по химии. Отличный источник, и я благодарю вас за это. Мне нравится часть, где показана диаграмма. Спасибо
  Отправьте нам свой комментарий 
 Химия бензиновых двигателей 
  Состав ... 
 Бензиновые двигатели состоят из многих веществ. Одним из них является чугун. Чугун, который чаще встречается в старых двигателях, очень прочен и может выдерживать большие температуры. Бензин также содержится в двигателях. Обычно с формулой C8h28 она может быть очень разнообразной. Алюминиевые сплавы становятся очень распространенными в новых двигателях. Они легче, проще в изготовлении, дешевле и более устойчивы к коррозии, чем чугун. Однако они не такие прочные, как чугун, поэтому чугун по-прежнему обычно используется для облицовки цилиндров.
  Основные химические вещества, соединения, компоненты 
 Чтобы бензиновый двигатель работал, необходимо топливо. Таким образом, бензин является основным компонентом двигателя. Современный бензин имеет формулу С8х28. Бензин представляет собой прозрачную/желтоватую жидкость при очистке и производстве, однако бензин испаряется при низких температурах. Это часть того, что делает бензин отличным топливом.
 Другим основным компонентом двигателей, особенно старых, является чугун. Чугун очень плотный, очень прочный и очень тяжелый. Чугун может выдержать многое, в том числе высокие температуры внутри двигателей. Чугун также используется во многих других вещах. Одним из примеров являются голландские печи. Они используются для приготовления пищи и поэтому должны также выдерживать высокие температуры. Чугун также можно найти в старых сантехнических системах и ваннах.
  Роль химии 
 Бензин очень легко воспламеняется при определенных обстоятельствах. В двигателе он соединяется с воздухом и испаряется. Паровоздушная смесь является горючей смесью. Будучи раствором на нефтяной основе, бензин очень горюч. Он также содержит несколько углеводородов. Удивительно, но бензин состоит в основном из органических соединений, которые объединяются и перерабатываются на нефтеперерабатывающем заводе при его производстве.
 Чугун создается путем литья в форму на заводе, поэтому «литье» предшествует чугуну. Чугун имеет более высокий уровень углерода, чем сталь, и очень хрупок. Несмотря на хрупкость, чугун невероятно твердый, и требуется неимоверная сила, чтобы его расколоть или сломать. Чугун нельзя согнуть, помять или придать ему форму после отливки. Все эти факторы делают его отличным материалом для использования в двигателе, где изгиб и мягкий металл недопустимы. В крайних случаях блок двигателя треснет или расплавится, а не согнется или не согнется. В современных алюминиевых двигателях блок должен иметь гильзы цилиндров из чугуна, если он должен прослужить какой-то период времени, потому что алюминий просто не выдерживает биения и температуры, которые выдерживают цилиндры.
  Базовые исследования 
 Чтобы понять химический состав бензинового двигателя, который, вероятно, установлен в вашем автомобиле, вы должны сначала узнать основы работы двигателя. Есть много типов бензиновых двигателей. Обычные бензиновые двигатели могут варьироваться между V-образным двигателем, рядным двигателем, двигателем с оппозитным расположением поршней (также известным как плоский или оппозитный двигатель) и иногда роторными двигателями. Каждый из этих двигателей, за исключением роторных двигателей, реализует использование поршней в цилиндрах. В этих двигателях бензин либо смешивается с воздухом в карбюраторе и проталкивается в цилиндр, либо смешивается с воздухом в цилиндре посредством впрыска топлива. Как только бензино-воздушная смесь воспламеняется через свечи зажигания, поршни толкаются вниз, что передает энергию взрыва от поршня к коленчатому валу. Коленчатый вал в конечном итоге передает энергию трансмиссии, а затем, возможно, раздаточной коробке, которая соединяется с карданным валом (валами) и так далее. Бензиновые двигатели предназначены для бензиновых двигателей, но можно использовать и другие виды топлива, такие как пропан и чистый этанол. Бензин как топливо различается по многим параметрам. Одной из крупнейших инженерных вариаций, которая была продемонстрирована Америке в прошлом веке, является переход от этилированного к неэтилированному топливу. Сегодня весь бензин, который вы получаете на заправке, не содержит свинца, но не так давно вы все еще могли покупать этилированный бензин. Старые двигатели с ним тоже работали лучше. Свинец в бензине фактически обеспечивал некоторую смазку, и поэтому, когда двигатели, рассчитанные на неэтилированный бензин, больше не имели к нему доступа, они изнашивались быстрее, потому что между деталями возникало большее истирание. Сами блоки двигателя сегодня обычно изготавливаются из чугуна или алюминиевых сплавов. Каждый материал имеет свои преимущества и недостатки.
  Ресурсы 
 Источник 1: https://en.wikipedia.org/wiki/Internal_combustion_engine
 В двигателе внутреннего сгорания сгорание топлива происходит с окислителем (обычно воздухом) в камере сгорания. (обычно цилиндр).
 Преобразует химическую энергию в механическую
 Можно классифицировать двигатели по:
 По количеству тактов
 По типу зажигания
 По механическому/термодинамическому циклу
 Блок из чугуна или алюминия
 Второй источник: https://en. wikipedia.org/wiki/Petrol_engine 're British
 Бензиновые двигатели в транспортных средствах — это двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием в той или иной форме.
 Свечи зажигания используются в качестве источника искры.
 Бензиновые двигатели работают на более высокой скорости, чем дизельные.
 При чрезмерном сжатии топлива и воздуха может произойти самовоспламенение
 Повреждение двигателя
 Что происходит в дизельном двигателе
 Двигатели с воздушным или жидкостным охлаждением через радиатор или рубашки охлаждения
 Источник Три: https://en.wikipedia.org/wiki/Cylinder_block
 Блоки цилиндров обычно изготавливаются из чугуна или алюминиевых сплавов
 Алюминиевые блоки легче
 Алюминиевые блоки лучше передают тепло охлаждающей жидкости
 Железные блоки прочнее, но тяжелее
 Гильзы цилиндров делают алюминиевые блоки не проблемой, а поэтому, возможно, даже лучше.
 Источник 4: https://en.wikipedia.org/wiki/Gasoline
 Бензин – вещество на основе нефти
 Состоит в основном из органических соединений
 Измеряется по октановому числу
 Бензин может содержать этанол и многие другие химические вещества по разным причинам
 Должен быть «стабильным» в течение не менее шести месяцев при правильном хранении
 Старый бензин портится
 Старый бензин плохо влияет на двигатели
 Является углеводородом
 Очевидно воспламеняющийся
 Может содержать не менее 15 опасных химических веществ
 Пятый источник: http://chemistry.elmhurst.edu/vchembook/514gasoline.html
 Бензин представляет собой смесь, содержащую более 500 углеводородов
 Может содержать 5-12 атомов углерода
 Часто производится путем фракционной перегонки сырой нефти
 Различные сорта лучше подходят для разных двигателей
 Зависит от степени сжатия
 Источник Six: http://www. fem.fem. unicamp.br/~em313/paginas/textos/wankel.htm
 Роторный двигатель, разработанный Феликсом Ванкелем в Германии
 Вращающийся равносторонний треугольник вместо цилиндров
 Для охлаждения двигателя используется вода в рубашках охлаждения
 Втрое больше деталей, чем в обычном двигателе
 Преимущества:
 Легче
 Первоначально дешевле
 Предположительно меньше обслуживания
 Плавная работа org/wiki/Ethanol_fuel. Он любит кататься на велосипеде, кататься на лыжах, ходить в походы и заниматься другими видами активного отдыха. Хейден также очень любит механические проекты. В настоящее время он чинит свой грузовик для школьного проекта, в качестве учебного опыта и, в конечном итоге, для личного использования. Этот проект дал Хейдену возможность больше узнать о двигателе, над которым он работает. Хейден в настоящее время участвует в Платиновой программе и поэтому является отличником. Он также писал в группе.