Автомобильные бензины представляют собой сложные смеси углеводородов, преимущественно из парафиновой, нафтеновой и ароматической групп. Основу бензина составляют легкие углеводороды с числом атомов углерода от С₄ до С₁₂. В зависимости от способа получения и назначения бензины подразделяются на прямогонные, каталитически риформированные и изомеризованные.
Прямогонные бензины получают путем фракционной перегонки нефтяных фракций с температурой кипения 30–200 °C. Эти бензины содержат больше всего парафиновых углеводородов и обладают низким октановым числом, требующим дальнейшей переработки для улучшения детонационных свойств.
Каталитически риформированные бензины создаются методом риформинга углеводородных фракций с использованием платиновых или хромплатиновых катализаторов. В результате увеличивается содержание ароматических и разветвленных углеводородов, повышается октановое число до 95–98 единиц, что делает бензин высокооктановым и пригодным для современных двигателей.
Изомеризованные бензины получают из нормальных парафинов путем изомеризации, что увеличивает разветвленность молекул, улучшает антидетонационные свойства и способствует повышению октанового числа.
Основные свойства автомобильных бензинов определяются составом углеводородов и технологией производства:
Физические свойства бензинов напрямую связаны с их молекулярным составом: насыщенные парафины имеют высокую температуру вспышки, низкую испаряемость и высокое цетановое число, тогда как ароматические углеводороды повышают октановое число и энергоемкость смеси.
Парафиновые углеводороды (алканы): С₅–С₁₂, прямые и разветвленные цепи. Разветвленные алканы обладают высоким октановым числом, прямые — низким.
Нафтеновые углеводороды (циклоалканы): С₅–С₁₀, преимущественно циклопентановые и цикло-гексановые структуры. Обеспечивают стабильность горения, улучшая детонационные свойства смеси.
Ароматические углеводороды: бензол, толуол, ксилолы. Высокое октановое число и высокая энергетическая плотность делают их важными компонентами высокооктановых бензинов, однако их содержание ограничено экологическими нормами.
Фракционная перегонка нефти: обеспечивает первичное отделение бензиновой фракции.
Каталитический риформинг: происходит при 450–520 °C и давлениях 5–10 МПа. Прямые парафины превращаются в ароматические соединения, повышается октановое число.
Изомеризация: осуществляется на кислых или платиновых катализаторах при 100–200 °C, превращая нормальные парафины в разветвленные изомеры, увеличивая октановое число.
Смешение и добавление присадок: включает антидетонационные компоненты, улучшители устойчивости к старению, моющие и антиокислительные добавки. Современные бензины могут содержать кислородсодержащие компоненты (этанол, MTBE) для снижения токсичности и улучшения сгорания.
Октановое число характеризует способность бензина сопротивляться детонации. Существует два метода измерения:
Коммерческий бензин маркируется по RON или RON/MON (например, 95/85), что позволяет регулировать применение для различных типов двигателей.
Современные бензины разрабатываются с учётом снижения содержания ароматических углеводородов и бензола до менее 1%, а также серы до 10–50 ppm. Это снижает выбросы токсичных веществ, увеличивает ресурс катализаторов и снижает коррозионное воздействие на системы двигателя.
Летучесть и испаряемость бензина критически влияют на запуск двигателя при низких температурах. Избыточная летучесть приводит к паровым пробкам, а недостаточная — к трудностям холодного старта.
Антидетонационные присадки: тетраэтилсвинец (исторически), в современных бензинах — кислородсодержащие компоненты.
Антикоррозионные добавки: предотвращают образование кислот и коррозию металлов двигателя.
Моющие присадки: уменьшают образование нагара и отложений в камере сгорания и на форсунках.
Антиокислительные компоненты: препятствуют полимеризации и образованию смол, что повышает стабильность хранения бензина.
Современные тенденции нефтехимии направлены на увеличение доли высокооктановых компонентов с низкой токсичностью, использование биокомпонентов, снижение серы и ароматических углеводородов. Особое значение приобретает синтетический бензин, получаемый через процессы Фишера–Тропша, и комплексное применение каталитических методов переработки нефти для оптимизации состава и эксплуатационных свойств.
Автомобильные бензины остаются ключевым продуктом нефтехимии, объединяя высокую энергоемкость, детонационную стойкость и соответствие экологическим стандартам, что делает их центральной темой исследований углеводородной химии и смежных отраслей.