Бензинът е течност от различни съставки, предимно въглеводороди получени при преработката на суров петрол (нефт). Употреба намира преди всичко в двигатели с вътрешно горене, главно автомобилни, но също така и като разтворител, суровина в нефтохимията и др.
От 60-те години на XIX в. бензинът е известен като страничен продукт при първичната преработка на нефт с цел получаване на керосин (газ за лампи), който по това време е главният продукт с пазарна стойност. Поради липса на пазар бензинът обикновено просто е бил изхвърлян или изгарян. Едва след като в края на XIX в. започва масовото производство на автомобили, бензинът, поради своята достъпност, ниска цена и подходящи физически и химически свойства, се превръща в главен продукт на нефтопреработката, какъвто е и до днес.
Свойства Бензинът е безцветна до леко жълтеникава, прозрачна и лесно изпаряваща се течност с характерна миризма, смес от стотици видове въглеводороди, повечето от които наситени, с 4 до 12 атома въглерод (като правило от 5 до 12); може да се смесва с други моторни горива (виж по-долу). В състава му преобладават алкани, нафтени (циклоалкани), ароматни въглеводороди и олефини. Па̀рите на бензина образуват с въздуха леснозапалима смес, което позволява той да бъде подаван към двигателя с помощта на прости механични устройства (карбуратори, инжектори), които го смесват с въздух, било то преди горивната камера (карбуратори и инжектори във всмукателния колектор) или в самата камера (инжектори за пряко впръскване). Повечето бензини, предназначени за автомобилни двигатели, имат диапазон на температурата на кипене между 30 – 35 докъм 200 °C.
В зависимост от климатичните условия се произвеждат и предлагат на пазара бензини с коригирани свойства, отговарящи на температурата на околната среда и условията на експлоатация на двигателя: Достатъчно висока изпаряемост (налягане на парите) за пускане на студен двигател и същевременно достатъчно ниска изпаряемост за предотвратяване на образуването на газови „тапи“ в горивоподаващата система Октаново число Корозионност Крива на кипене (процент от бензина, който изкипява до определена температура) Съдържание на по-тежки въглеводороди („смоли“), които могат да доведат до нежелани отлагания в карбуратора, инжекторите и двигателя Присъствието на ароматни въглеводороди, вода, киселини и основи, механични примеси и прочее.
Оцветяване За да се контролира търговията с горива, както и за да се различават различните партиди и видове бензини, в много държави, включително и в България, се добавят оцветители в бензина.
Октаново число Определение В двигателите с вътрешно горене коефициентът на полезно действие (КПД) зависи от разликата в налягането на газовете в работния обем на двигателя и атмосферното налягане на въздуха. Поради това още в първите години на двигателостроенето конструкторите се опитват да повишат КПД на бензиновите двигатели чрез повишаване на степента на сгъстяване (компресия) в цилиндрите на двигателя, което води и до по-високо средно индикаторно налягане в работния обем при изгаряне. Много скоро обаче, те се сблъскват със самовъзпламеняването на въздушно-бензиновата смес преди правилния момент, последвано от детонационно горене или разговорно – „чукане“ в двигателя. За съпоставка на антидетонационните свойства на бензините, на бензин, състоящ се изцяло от изо-октан (i-октан, 2,2,4-триметилпентан) се присвоява октаново число 100, а на бензин, състоящ се само от нормален хептан (n-хептан) се присвоява октаново число 0. Дадено октаново число означава, че съответният бензин има антидетонационни свойства като тези на бензин, състоящ се от пропорционално количество i-октан и n-хептан (напр. бензин „98 октана“ има антидетонационни свойства като тези на смес от 98% i-октан и 2% n-хептан). Има химически съединения, които са с по-добри антидетонационни свойства от октана, поради това съществуват бензини с октаново число над 100 (до към 140 – 145), което се оценява чрез екстраполация.
Изчисляване За определяне на октановото число има два основни метода – изследователски и моторен (англ. research octane number – RON и motor octane number – MON). И при двата се използва специална октан-машина, разработена през 30-те години на XX в. Тя представлява едноцилиндров двигател с изменяема степен на сгъстяване. По изследователския метод октановото число (RON) се определя, като октан-машината работи с 600 оборота в минута, на всмукателния клапан се поддържа температура от 120 °F (48,9 °C) като моментът на запалването е с предварение 13 градуса спрямо ГМТ.
По моторния метод (MON) октан-машината работи с 900 оборота в минута, температурата на всмукателния клапан е 300 градуса по Фаренхайт (148,9 градуса по Целзий), а моментът на запалване варира. И при двата метода в машината първо се изпитва горивото, на което трябва да се определи октановото число, а след това при същия режим на двигателя последователно се подават смеси от i-октан и n-хептан, докато двигателят започва да работи при детонационно изгаряне – така, както при изпитваното гориво. Съотношението между i-октан и n-хептан в еталонните смеси, при което поведението на двигателя е същото, както при изпитваното гориво, дава търсеното октаново число. Методът е „органолептичен“, т.е. зависи от това, какво „усеща“ (чува) изпитателят, и поради това измерванията са със сравнително малка точност – около +/− единица по октановата скала. За увеличаване на точността на измерванията са разработени различни датчици, първоначално механични (пневматични), а по-късно пиезоелектически и др., които в съвременните модели на октан-машините значително подобряват и улесняват точността на измерванията.
Типичните стойности на октановото число за въглеводороди от газовата гама, които имат точки на кипене между 30 и 350 °F, варират от по-малко от 0 до над 100, като с екстраполиране се генерират крайните стойности.www.refiningonline.com, Архив на оригинала от 3 март 2016. Като цяло, при измерването на октановото число на различни чисти въглеводороди влизащи в състава на бензина, стойностите на RON никога не са по-ниски от тези на MON, въпреки че съществуват изключения от това правило. За чисти съединения, разликите между RON и MON варират от 0 до 15 единици в полза на RON. Като следствие, изследователският метод системно завишава резултатите за октановото число (RON) спрямо моторния (MON), обикновено с около 10 единици. Моторният метод (MON) обаче е по-близък до реалното поведение на двигателите и бензина, и в такъв смисъл е практически „по-важен“.
Употреба В производството и търговията на едро обикновено спецификациите на бензина включват изисквания към минималното октаново число и по двата метода, но в търговията на дребно се обявява само едно октаново число. В Европа (включително България) октановото число на бензина се обявява по изследователския метод (RON), но в други държави това не е така. Например в САЩ бензинът в търговската мрежа се маркира със средната стойност на октановото число получено по моторния и по изследователския метод (RON+MON)/2, т.е. бензин с обявено в САЩ на колонката октаново число 91 съответствува приблизително на бензин 96 октана в бензиностанциите в България.
В България имаше практика октановото число да се означава по изследователския метод за едни марки бензини и по моторния метод за други марки. Бензините, маркирани по изследователския метод, имаха в индекса си буквата „И“ (напр. АИ-93, т.е. „бензин автомобилен с октаново число по изследователския метод 93“, а маркираните по моторния метод – не (напр. А-86, т.е. „бензин автомобилен с октаново число по моторния метод 86“). Бензините без олово съдържаха в индекса буквата „Н“ ("неетилиран бензин", напр. А-93Н). Тази практика, която може да породи объркване у потребителя, е на изживяване и почти повсеместно в страната маркировката днес е само с октановото число по изследователския метод, напр. "А95", т.е "бензин автомобилен с октаново число по изследователския метод 95".
Методи за повишаване Бензинът, получаван при първичната преработка на нефт (), има октаново число максимум 76, което още в средата на XX в. започва да става недостатъчно. Изследванията показват, че въглеводороди с ациклични „прави“ верижни молекули (напр. алкани) имат по-лоши антидетонационни свойства от тези с разклонени или циклични молекули. Съответно са разработени процеси на допълнителна („дълбочинна“) преработка на нефтопродуктите, получени при първичната преработка, с цел получаване на високооктанови компоненти на бензина: термичен (от 1913 г.) и каталитичен крекинг (от около 1930 г.); по-късно сярно-кисело алкилиране, полимеризация, каталитичен реформинг, изомеризация и др. Продуктите на тези процеси имат разклонена или циклична структура на молекулата (от последните особено значение имат бензенът и толуенът) и са с високо октаново число. Така при нефтопреработката рязко се покачват както рандеманът на бензина, така и неговото октаново число. Същевременно се появява нужда да се контролират емисиите на циклични (ароматни) въглеводороди във въздуха, тъй като те имат твърде вредно въздействие върху здравето (канцерогенност).
Компоненти Типични въглеводородни компоненти на бензина са реформатът (високооктанов продукт на каталитичния реформинг с богато съдържание на ароматни въглеводороди и ниско съдържание на олефини), крекинг-бензинът (продукт на каталитичния крекинг със средно високо октаново число, високо съдържание на олефини и средно на ароматни въглеводороди), хидрокрекинг бензинът (продукт на хидрокрекинг процес, със средно до ниско октаново число и средно съдържание на ароматни), нискооктановият бензин (продукт на атмосферната дестилация на суров нефт, с ниско съдържание на ароматни и почти нулево на олефини), алкилатът (продукт на сярно-кисело алкилиране, високооктанов, състоящ се почти само от разклонени алкани) и изомеризатът (получен чрез изомеризация на нискооктанов бензин, с ниско съдържание на ароматни). За получаване на бензин с желаното октаново число тези компоненти се смесват по определена „формула“, която държи сметка и за другите необходими качества на бензина (изпаряемост, максимално допустимо съдържание на ароматни въглеводороди и т.н.).
За производството на високооктанови въглеводородни компоненти на бензина особено значение имат алкилатите. Те се получават при алкилиране на олефини с изобутан в присъствието на катализатор – сярна киселина. Алкилирането на изобутан с леки олефини позволява включването на нискокачествените олефини в производството на висококачествен компонент за бензини, подобряващ едновременно с това качествата на бензиновата смес. Алкилатът е леснозапалима безцветна течност с молекулно тегло 114,23, плътност 691,9 kg/m3, температура на топене 107,34 °С, температура на кипене 99,23 °С, неразтворим във вода. Температурата на самозапалване е 430 °С. Областта на възпламеняване е 0,95 ÷ 6 %об. Гори с максимална скорост на горене до 0,34 m/s. Октановото число на алкилата по моторния метод (MON) е от 88 до 95, а по изследователския (RON) – от 93 до 98.
Добавки Освен „формулирането“ на бензина само от въглеводородни компоненти, друг начин за повишаване на октановото число е добавянето към бензина на различни невъглеводородни вещества (металоорганични съединения, етери, спиртове и др.). Възможно е използването на няколко метода за повишаване на октановото число едновременно, например реформулирането на въглеводородните съставки и едновременно с това ползването на невъглеводородни добавки.
Олово