Страница 50 - гдз по химии 10 класс учебник Габриелян, Остроумов

Как химические реакции, протекающие в процессе риформинга, влияют на качество бензина?

Процесс риформинга предназначен для глубокой химической переработки низкокачественных бензиновых фракций с целью получения высокооктанового компонента товарного бензина. Химические реакции, протекающие в ходе риформинга, целенаправленно изменяют структуру углеводородов, что напрямую влияет на качество конечного продукта, в первую очередь на его детонационную стойкость (октановое число).

Основные химические реакции риформинга и их влияние на качество бензина:

• Изомеризация нормальных парафинов в изопарафины. Углеводороды разветвленного строения (изопарафины) имеют значительно более высокое октановое число, чем их неразветвленные аналоги (н-парафины). Например, октановое число н-гептана равно 0, в то время как у его изомера, изооктана (2,2,4-триметилпентана), оно принято за 100. Эта реакция повышает детонационную стойкость бензина.
• Дегидрирование нафтеновых углеводородов в ароматические. Нафтены (циклоалканы), содержащиеся в сырье, превращаются в ароматические углеводороды с выделением водорода. Например, метилциклогексан превращается в толуол. Ароматические углеводороды обладают очень высокими октановыми числами (например, у толуола оно выше 100). Это основная реакция, обеспечивающая резкое увеличение октанового числа продукта.
• Дегидроциклизация парафиновых углеводородов. Парафины с длинной цепью (например, н-гептан) превращаются в ароматические углеводороды (толуол) с выделением водорода. Эта реакция также вносит существенный вклад в повышение октанового числа.
• Гидрокрекинг. Это побочная реакция, при которой происходит расщепление длинных молекул парафинов на более короткие. Хотя это приводит к некоторому снижению выхода жидкого продукта (риформата) за счет образования газов, образующиеся легкие изопарафины также обладают высоким октановым числом.

Таким образом, в результате реакций риформинга в бензине увеличивается содержание высокооктановых компонентов — изопарафинов и, в особенности, ароматических углеводородов. Это приводит к значительному росту основного показателя качества бензина — его октанового числа.

Ответ: Химические реакции в процессе риформинга (изомеризация, дегидрирование нафтенов, дегидроциклизация парафинов) превращают низкооктановые углеводороды (н-парафины, нафтены) в высокооктановые компоненты (изопарафины, ароматические углеводороды), что кардинально повышает детонационную стойкость (октановое число) бензина.

Какими параметрами характеризуется качество бензина?

Качество бензина — это совокупность его физико-химических и эксплуатационных свойств, которые определяют его пригодность для использования в двигателях внутреннего сгорания. Основные параметры, характеризующие качество бензина, следующие:

• Детонационная стойкость (октановое число). Это ключевой показатель, характеризующий способность бензина противостоять самовоспламенению (детонации) при сжатии в цилиндре двигателя. Измеряется по исследовательскому (ОЧИ) и моторному (ОЧМ) методам. Чем выше октановое число, тем более высокую степень сжатия допускает топливо, что позволяет создавать более мощные и экономичные двигатели.
• Фракционный состав (испаряемость). Определяет, как бензин испаряется при различных температурах. Этот параметр влияет на легкость пуска двигателя (особенно холодного), время прогрева, приемистость, склонность к образованию паровых пробок. Характеризуется температурами начала и конца кипения, а также температурами отгонки 10%, 50% и 90% объема топлива.
• Химическая стабильность. Способность бензина сохранять свои свойства при длительном хранении, транспортировке и контакте с воздухом. Нестабильное топливо склонно к окислению с образованием смолистых веществ, которые засоряют топливную систему. Этот параметр оценивается по показателям «индукционный период» и «содержание фактических смол».
• Содержание серы и ее соединений. Сера является вредной примесью. При сгорании она образует оксиды, которые вызывают коррозию деталей двигателя, отравляют каталитические нейтрализаторы выхлопных газов и загрязняют окружающую среду (кислотные дожди). Ее содержание строго нормируется.
• Содержание ароматических и непредельных (олефиновых) углеводородов. Хотя ароматические углеводороды повышают октановое число, их избыток приводит к увеличению нагарообразования и токсичности выхлопных газов (особенно содержание бензола, который является канцерогеном). Олефины также имеют высокое октановое число, но они химически нестабильны и способствуют смолообразованию. Содержание этих компонентов ограничивается стандартами.
• Отсутствие вредных примесей. К ним относятся вода, механические примеси, водорастворимые кислоты и щелочи. Эти компоненты могут вызывать коррозию, засорение фильтров и нарушение работы топливной аппаратуры.
• Давление насыщенных паров (ДНП). Этот параметр тесно связан с фракционным составом и характеризует летучесть головных фракций бензина. Он важен для обеспечения надежного пуска двигателя и предотвращения образования паровых пробок. Нормируется в зависимости от сезона (летний/зимний бензин).

Ответ: Качество бензина характеризуется такими параметрами, как детонационная стойкость (октановое число), фракционный состав (испаряемость), химическая стабильность (содержание смол, индукционный период), содержание серы, ароматических и непредельных углеводородов, а также отсутствие вредных примесей (воды, кислот, механических частиц).