汽油如何工作

经过:马歇尔大脑
汽油的辛烷值额定值告诉您在自发点燃之前可以压缩多少燃料。
汽油的辛烷值额定值告诉您在自发点燃之前可以压缩多少燃料。
贾斯汀·沙利安/盖蒂图像

在美国和其他工业化世界中,汽油绝对是重要的液体。对经济至关重要是一个人。没有汽油(和柴油染料),正如我们所知的世界,它会陷入困境。仅美国就消耗了大约1300亿加仑(近5000亿升)的汽油!

在汽油中如此重要的是什么?在本文中,您将确切了解什么是汽油以及它的来源。

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什么是汽油?

汽油被称为脂肪族烃。换句话说,汽油由由氢和碳排列的碳组成的分子组成。汽油分子在每个链中的7至11碳。这是一些常见的配置:

H H H H H H H H |||||||H-C-C-C-C-C-C-H Heptane ||| | | | | H H H H H H H H H H H H H H H | | | | | | | | H-C-C-C-C-C-C-C-C-H Octane | | | | | | | | H H H H H H H H H H H H H H H H H | | | | | | | | | H-C-C-C-C-C-C-C-C-C-H Nonane | | | | | | | | | H H H H H H H H H H H H H H H H H H H | | | | | | | | | | H-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-H Decane | | | | | | | | | | H H H H H H H H H H

在汽油中发现的典型分子

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当您在理想条件下燃烧汽油时,氧气含量充足,您将获得二氧化碳(从汽油中的碳原子),水(来自氢原子)和大量热量。一加仑汽油含有约132x106焦耳活力,相当于125,000 BTU或36,650瓦小时:

  • 如果您服用了1,500瓦小型供暖器并将其全面爆炸了整整24小时,这是关于加仑汽油中的热量。
  • 如果人类有可能消化汽油,一加仑将包含约31,000食物卡路里- 一加仑汽油中的能量等同于大约110的能量麦当劳汉堡包

汽油从何而来?

汽油是由原油。原油抽出地面是一种黑色液体称为石油。该液体含有碳氢化合物,在不同长度的链条中,原油中的碳原子一起。

事实证明,不同长度的烃分子具有不同的特性和行为。例如,其中只有一个碳原子的链(CH4)是最轻的链,称为甲烷。甲烷是一种燃气,以至于它像。随着链条越来越长,它们变得更重。

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前四个链-CH4(甲烷),C2H6(乙烷),C3H8(丙烷)和C4H10(丁烷)都是气体,它们分别为-161,-88,-46和-1摄氏度。(-107,-67,-43和-18度C)。通过C18H32左右的链条在室温下全部液体,C19上方的链条在室温下都是固体。

不同的链长逐渐更高沸点,因此它们可以通过蒸馏。这就是发生在炼油厂- 原油被加热,并通过其汽化温度拉出不同的链。(看炼油如何工作有关详细信息。)

C5,C6和C7范围中的链都非常轻,易于蒸发,透明的液体称为Naphthas。它们被用作溶剂 -干洗可以用这些液体以及油漆溶剂和其他快速干燥产品。

C7H16至C11H24的链被混合在一起并用于汽油。所有这些都在水沸点以下的温度下蒸发。这就是为什么如果您将汽油洒在地面上,它会很快蒸发。

接下来是煤油,在C12至C15范围内,其次是柴油机燃料和较重的燃油(例如房屋的加热油)。

接下来是润滑油。这些油在正常温度下不再以任何方式蒸发。例如,机油可以在250度F(121度C)的情况下全天运行,而无需蒸发。油从非常轻的(例如3英寸1油)通过各种厚度的机油通过非常厚的齿轮油,然后是半固定油脂。Vasoline也落在那里。

C20范围上方的链形成固体,从石蜡蜡开始,然后是焦油,最后是沥青沥青,该沥青沥青用来制造沥青道路。

所有这些不同的物质都来自原油。唯一的区别是碳链的长度!

什么是辛烷值?

如果您已经阅读汽车发动机的工作方式,您知道几乎所有汽车都使用四冲程汽油发动机。中风之一是压缩中风,该发动机将充满空气和气体的气缸压缩成小得多的体积,然后用一个火花塞。压缩量称为压缩率引擎。典型的发动机的压缩比为8到1。(看汽车发动机的工作方式有关详细信息。)

辛烷值等级汽油告诉您在自发点燃之前可以压缩多少燃料。当气体通过压缩点燃而不是由于火花塞的火花而引起敲门在引擎中。敲门会损坏发动机,因此这不是您想发生的事情。下辛烷值(例如“常规” 87-辛烷值汽油)在点燃之前可以处理最少的压缩。

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发动机的压缩率决定了您在汽车中必须使用的气体的辛烷值等级。一种增加马力给定位移的发动机是增加其压缩比。因此,“高性能发动机”具有更高的压缩比,需要更高的辛烷值燃料。高压比的优点在于,它使发动机的发动机重量具有更高的马力额定值,这就是使发动机“高性能”的原因。缺点是发动机成本的汽油更多的。

“辛烷值”这个名字来自以下事实:当您服用原油并在一个中“破解”时炼油厂,你最终得到烃链不同的长度。然后可以将这些不同的链长彼此分开并混合形成不同的燃料。例如,甲烷,丙烷和丁烷都是烃。甲烷具有单个碳原子。丙烷具有三个碳原子链在一起。丁烷有四个碳原子链在一起。戊烷有五个,己烷有六个,赫普烷有七个,辛烷八个碳链在一起。

事实证明,项外亨普坦的压缩处理得非常差。仅将其压缩一点,然后自发点燃。辛烷值很好地处理压缩 - 您可以压缩很多,什么也不会发生。87-辛烷值的汽油是汽油,其中含有87%的辛烷值和13%的项(或其他与辛烷/亨氏87/13组合相同的燃料组合)。它自发点燃在给定的压缩水平上,只能用于不超过该压缩比的发动机。

汽油添加剂

在第一次世界大战期间,发现您可以添加一种称为的化学物质四乙基铅到汽油并显着提高其辛烷值。可以通过添加这种化学品使便宜的汽油级别可用。这导致广泛使用“乙基”或“铅”汽油。不幸的是,添加导致汽油的副作用是:

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当铅被禁止时,汽油变得更昂贵因为炼油厂无法再提高便宜成绩的辛烷值。飞机仍然允许使用铅汽油,而辛烷值115的额定值通常用于超高性活塞飞机发动机(喷气发动机烧伤煤油, 顺便一提)。

另一个常见的添加剂是mtbe。mtbe是甲基三级丁基醚,一种由甲醇产生的相当简单的分子。

mtbe被添加到汽油有两个原因:

  1. 它增加了辛烷
  2. 它是一个氧化,这意味着它在燃烧时会增加反应的氧气。理想情况下,氧化量减少了排气中未燃烧的烃和一氧化碳的量。

1990年的《清洁空气法》生效后,MTBE开始大量加入汽油。汽油可含有多达10%至15%的MTBE。

MTBE的主要问题是它被认为是致癌它很容易与水混合。如果含有MTBE的汽油从加油站的地下坦克泄漏,它可能会进入地下水并污染井。当然,当坦克泄漏时,MTBE并不是唯一进入地下水的东西 - 汽油和许多其他汽油添加剂也是如此。

根据此页面在EPA

尽管没有建立的饮用水调节,但USEPA根据味道和气味阈值发布了每升20至40微克的饮用水咨询。该咨询浓度旨在为非癌症效应提供很大的安全余量,并且在通常提供的潜在致癌作用的边缘范围内。

在汽油中取代MTBE的最有可能的是乙醇- 正常酒精。它比mtbe贵一些,但不是癌症威胁。

汽油问题

汽油在汽车发动机中燃烧时有两个问题。第一个问题与大城市中的烟雾和臭氧有关。第二个问题与碳和温室气体

当汽车燃烧汽油时,他们理想地将其完美燃烧,除了二氧化碳和水外,什么都没有排气。不幸的是,内燃机不是完美的。在燃烧汽油的过程中,它也会产生:

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催化转化器消除了大部分污染,但也不是完美的。在大城市中,汽车和发电厂的空气污染是一个真正的问题。

碳也是一个问题。当它燃烧时,它会变成许多二氧化碳气体。汽油主要是碳,因此一加仑汽油可能会释放5至6磅(2.5千克)的碳进入大气中。美国每天将大约20亿磅的碳释放到大气中。

如果它是坚固的碳,它将非常明显 - 就像扔一袋5磅外出你的窗户每加仑汽油燃烧。但是,由于5磅的碳作为一种无形的气体(二氧化碳)出现,因此我们大多数人都忽略了它。从每辆车的尾管中出来的二氧化碳是一个温室气体。最终影响是未知的,但是最终,会有巨大的气候变化影响到每个人的每个人,这是一种强烈的可能性。行星(例如,海平面可能会上升,,,,洪水或破坏沿海城市)。因此,越来越多的努力用氢代替汽油。看氢经济如何运作有关详细信息。

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