Paliwa węglowodorowe, ich rodzaje i nazwy. Węglowodory w paliwie

Paliwo jest substancją łatwopalną, której skład opiera się na pierwiastku węgiel. Oprócz węgla paliwo zwykle zawiera wodór, tlen, azot, siarkę i kilka innych pierwiastków. Paliwo wykorzystywane jest do wytwarzania energii cieplnej oraz jako surowiec chemiczny. Obecnie z paliw wytwarza się około 90% energii zużywanej przez człowieka oraz ponad 80% różnych produktów chemicznych, w tym niemal wszystkich materiałów syntetycznych (tworzywa sztuczne, guma, włókna itp.).

Oprócz paliw węglowych, w ostatnim czasie pewne znaczenie pod względem zużycia zyskało paliwo termojądrowe (ciepło wydziela się w wyniku topnienia jąder lub rozpadu jąder ciężkich pierwiastków).

Głównym wskaźnikiem zalet każdego stosowanego paliwa jest wartość opałowa (Q) (wartość opałowa), tj. ilość ciepła, jaką można uzyskać ze spalenia jednostkowej masy lub objętości paliwa. Rozróżnia się wyższą wartość opałową (Qv), która uwzględnia ciepło kondensacji wody, i niższą wartość opałową (Qn), gdy ciepło to nie jest brane pod uwagę.

Ciepło spalania mierzy się w dżulach lub kaloriach (1 kal = 4,19 J). Zazwyczaj wartość opałowa wyrażana jest w kaloriach lub dżulach na jednostkę paliwa (specyficzna wartość opałowa). Dla paliwa stałego lub ciekłego jednostką jest kilogram (kJ/kg, kcal/kg), dla paliwa gazowego – metr sześcienny: (kJ/m 3, kcal/m 3).

Ciepło spalania określa się spalając próbkę paliwa tlenem w specjalnych urządzeniach (bomba kalorymetryczna, kalorymetr przepływowy). Wyznaczone w ten sposób ciepło spalania określa się jako ciepło spalania w bombie (Qb). Wartość tę wykorzystuje się najczęściej do praktycznej oceny paliwa oraz, z odpowiednimi poprawkami, do wszelkiego rodzaju obliczeń termotechnicznych.

Wszystkie rodzaje paliw kopalnych różnią się znacznie od siebie pod względem wartości opałowej, jednocześnie obliczenia elektrowni wymagają stosowania jednolitego systemu oceny jakości paliw z tego punktu widzenia.

Już dawno wprowadzono taką konwencjonalną jednostkę - tzw. paliwo konwencjonalne. Paliwo warunkowe (ekwiwalent paliwowy) nie określa wartości opałowej 1 kg paliwa, ale ilość paliwa, która po spaleniu może wytworzyć 7000 kcal. Wprowadzenie takiej jednostki umożliwia prowadzenie obliczeń termotechnicznych i technochemicznych, a przede wszystkim sporządzanie na tej samej podstawie bilansów paliwowych przedsiębiorstw i regionów.

Całkowite zasoby paliwa węglowego na Ziemi wystarczą do zapewnienia energii i ich chemicznego wykorzystania przez wiele wieków rozwoju społeczeństwa ludzkiego.

Oszacowanie zapasów paliwa można określić w różnych jednostkach, na przykład w tonach, kaloriach, kilowatogodzinach. Określenie w tonach jest mało orientacyjne ze względu na różnice w jakości paliwa, a w kaloriach ze względu na różną sprawność urządzeń spalania.

Wartość energetyczną źródeł energii określa się na podstawie ilości energii (w kWh), którą można uzyskać spalając 1 kg lub 1 m 3 paliwa. Poniżej podana jest wartość energetyczna niektórych rodzajów paliw (dla gazu ziemnego – w kWh/m3, dla innych – w kWh/kg):

O możliwości wykorzystania określonych źródeł energii decyduje nie tylko ich wartość energetyczna, ale także ich zasoby przyrodnicze, położenie geograficzne, dostępność i inne czynniki.

Należy pamiętać, że ilościowe wyrażenie zapasów paliwa w postaci możliwej energii w kWh lub dżulach nie oddaje w pełni ich prawdziwej wartości, ponieważ konieczne jest również uwzględnienie ich wartości jako surowców do produkcji chemicznej. Pod tym względem ropa i gaz obecnie znacznie przewyższają wszystkie inne rodzaje paliw. Trzeba też powiedzieć, że potencjalnie wszystkie paliwa są równie cenne.

Niezwykle ważną okolicznością dla oceny paliwa jest stan jego skupienia. Paliwa dzielą się na stałe, ciekłe i gazowe. Paliwa stałe – węgiel, łupki bitumiczne, torf, drewno – były historycznie pierwszymi, które pojawiły się w praktyce człowieka. Pojawienie się silników spalinowych stworzyło potrzebę produkcji paliw płynnych lub gazowych. Wśród paliw decydującą rolę zaczęła odgrywać ropa naftowa, a także gaz ziemny.

Te dwa paliwa, oprócz najwyższej wartości opałowej, mają także inne zalety. Aby je wydobyć, nie trzeba budować kopalń ani specjalnych maszyn do ich wydobycia, kruszenia i wzbogacania. Transport ropy i gazu na duże odległości odbywa się rurociągami, co również znacznie zwiększa efektywność ekonomiczną ich wykorzystania. Jednocześnie możliwość wydobycia i transportu ropy i gazu stała się możliwa jedynie dzięki wysokiej technologii wierceń, wydajnym sprężarkom i pompom, dużym ilościom wysokiej jakości stali i innym warunkom charakterystycznym dla obecnego poziomu rozwoju przemysłu. Wskaźniki ekonomiczne produkcji i wykorzystania ropy i gazu znacznie przewyższają wszystkie inne rodzaje paliw.

Obecnie ropa i gaz zajmują wiodącą pozycję w światowym bilansie paliwowo-energetycznym.

Światowe potwierdzone zasoby ropy naftowej szacowane są na 159 miliardów m 3 (136 miliardów ton). Przy obecnym wolumenie wydobycia ropy naftowej wynoszącym 3,9 miliarda m 3 (3,3 miliarda ton) wyczerpie się ona za 41 lat. Światowe zasoby węgla kopalnego szacuje się na ponad 1,12×1013 ton. Biorąc pod uwagę obecne wielkości produkcji, wyczerpią się one za ponad półtora tysiąclecia.

Całkowite potwierdzone zasoby gazu ziemnego na Ziemi szacuje się na 150×1012 m 3 . Rosja jest największą na świecie potęgą pod względem zasobów gazu ziemnego, które stanowią do 30% potwierdzonych zasobów światowych.

W gospodarce narodowej Federacji Rosyjskiej zużycie paliwa rozkłada się w następujący sposób:

Dla poszczególnych gałęzi przemysłu zużycie paliwa wynosi:

W tak zwanych strażach pożarnych przedsiębiorstw udział paliwa wynosi:

Pytania testowe do tematu V

„Paliwo i energia w przemyśle chemicznym”

1. Jakie rodzaje energii i w jakim celu wykorzystuje się w przemyśle chemicznym?

2. Jaka jest energochłonność produkcji chemicznej i na jakie klasy się ją dzieli? Daj przykłady.

3. Wymień główne źródła energii i dokonaj ich klasyfikacji.

4. Jak charakteryzuje się wartość energetyczną paliwa chemicznego?

5. Na czym polega wykorzystanie wodoru w energetyce?

6. Jakie są cechy i zalety wykorzystania nowych rodzajów energii w produkcji chemicznej?

7. Wymienić główne sposoby racjonalnego wykorzystania energii w przemyśle chemicznym.

8. Czym są wtórne źródła energii (SER)? Daj przykład.

9. W jakim celu w przemyśle chemicznym wykorzystuje się procesy plazmowo-chemiczne?

Dział 2. Technologia substancji organicznych i nieorganicznych

Wiele osób uważa, że wydobywana z ziemi ropa naftowa składa się z mieszaniny różnych rodzajów paliw, że wszystkie są łatwopalne i tak naprawdę nie ma między nimi żadnej różnicy. Jest to częściowo prawdą, ale zastanówmy się, jak z chemicznego punktu widzenia benzyna różni się od oleju napędowego, nafty itp.

Wypompowywana spod ziemi ropa naftowa nie jest wcale mieszanką paliwową, lecz mieszaniną węglowodorów alifatycznych – substancji składających się wyłącznie z atomów węgla i wodoru. Te ostatnie połączone są ze sobą łańcuchami o różnej długości. W ten sposób powstają cząsteczki węglowodorów. Fakt ten decyduje o ich właściwościach fizycznych i chemicznych. Na przykład łańcuch z jednym atomem węgla (CH 4) jest najlżejszy i nazywany jest metanem, klarownym gazem lżejszym od powietrza. W miarę wydłużania się łańcuchów cząsteczki węglowodorów stają się cięższe, a ich właściwości zaczynają zauważalnie się zmieniać.

Pierwsze cztery węglowodory - CH 4 (metan), C 2 H 6 (etan), C 3 H 8 (propan) i C 4 H 10 (butan) są gazami. Gotują się (odparowują) w temperaturach -107, -67, -43 i -18 stopni C. Łańcuchy zaczynające się od C 18 H 32 to ciecze, których temperatura wrzenia zaczyna się od temperatury pokojowej. Jaka jest więc prawdziwa różnica między benzyną, naftą i olejem napędowym?

Łańcuchy węglowe w produktach naftowych

Dłuższe łańcuchy węglowodorowe mają wyższą temperaturę wrzenia. Dzięki tej właściwości węglowodory można od siebie oddzielić. Proces ten nazywany jest krakingiem katalitycznym lub po prostu destylacją i zachodzi w rafinerii ropy naftowej. Tutaj olej jest podgrzewany, a następnie odparowane węglowodory są skraplane, każdy w oddzielnym pojemniku.

Substancje, których cząsteczki mają łańcuchy z C5, C6 i C7, są bardzo lekkimi, łatwo parującymi, przezroczystymi cieczami, zwanymi ropa. Służy do wytwarzania różnych rozpuszczalników.

Węglowodory o łańcuchach od C 7 H 16 do C 11 H 24 są zwykle mieszane i wykorzystywane do benzyna. Wszystkie odparowują w temperaturach poniżej temperatury wrzenia wody (100 o C). Dlatego rozlana benzyna bardzo szybko wyparowuje, dosłownie na naszych oczach.

Diesel a olej opałowy wytwarza się z jeszcze cięższych węglowodorów - C 16 do C 19. Ich temperatura wrzenia wynosi od 150 do 380 o C.

Cząsteczki węgla zawierające C20 to ciała stałe, od parafiny po bitum, który wykorzystuje się do produkcji asfaltu i naprawy autostrad.

Wszystkie te substancje otrzymywane są z ropy naftowej. Jedyną różnicą jest długość łańcucha węglowego. Kupując olej napędowy, otrzymujesz paliwo składające się z mieszaniny określonych węglowodorów. Ponadto ta mieszanina zawiera różne dodatki chemiczne, które zmieniają niektóre właściwości. Na przykład temperatura gęstnienia lub temperatura zapłonu.

Zatem ta sama mieszanina węglowodorów może stać się zarówno letnim, jak i zimowym olejem napędowym. Wszystko zależy od dodatków!

Jak to działa?

W prawdziwym życiu posiadanie paliwa nie wystarczy. Aby wykonać pożyteczną pracę: ogrzać dom, przewieźć samochód na większą odległość, przewieźć ładunek, musisz spalić paliwo w silniku spalinowym. Nie ma znaczenia, jaki to silnik – olej napędowy czy benzyna, wszystko zależy od samego paliwa. A mianowicie w spalaniu.

Spalanie to proces rozkładu, podczas którego uwalniana jest energia. Co może rozpaść się w paliwie? Wiązania chemiczne. Okazuje się, że im więcej połączeń i im dłuższy łańcuch, tym lepiej. Tak to jest! Fakt ten wyjaśnia wyższą wydajność oleju napędowego w porównaniu do benzyny.

Należy również pamiętać, że w czasie spalania węgiel ulega utlenieniu i powstaje CO2 – dwutlenek węgla. Jest to szkodliwa substancja, która powoduje taki sam efekt cieplarniany na Ziemi. W oleju napędowym jest więcej atomów węgla, a w plastiku jeszcze więcej. Dlatego nie należy palić tych substancji, jeśli nie jest to absolutnie konieczne.

Wyślij swoją dobrą pracę do bazy wiedzy jest prosta. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Państwu bardzo wdzięczni.

Opublikowano na http://www.allbest.ru/

Paliwo węglowodorowe, jego rodzaje i znaczenie

Paliwa węglowodorowe są mieszaniną węglowodorów.

Schemat instalacji do określania składu frakcyjnego paliwa. Paliwo węglowodorowe jest cieczą o złożonym składzie, składającą się z dużej liczby pojedynczych węglowodorów. Taka ciecz nie ma określonej temperatury wrzenia; proces wrzenia zachodzi w określonym zakresie temperatur. Za charakterystyczne punkty składu frakcyjnego uważa się zwykle początkową temperaturę wrzenia, temperaturę wrzenia 10, 50, 90% objętości paliwa oraz końcową temperaturę wrzenia.

Paliwa węglowodorowe mają właściwość pochłaniania wody z powietrza i jej rozpuszczania. Rozpuszczalność wody w paliwie jest niska i zależy niezależnie od temperatury i składu chemicznego paliwa. Najbardziej higroskopijne są węglowodory aromatyczne, a zwłaszcza benzen. Dlatego paliwa bogate w węglowodory aromatyczne mają zwiększoną higroskopijność.

Paliwo węglowodorowe dostarczane w temperaturze 260°C krakowane jest w temperaturze 500°C w złożu pseudospalonym; Zastosowano schemat technologiczny reaktor - regenerator.

Paliwa węglowodorowe charakteryzują się wysoką wartością opałową. Produktami ich całkowitego spalania są głównie dwutlenek węgla i woda. Tylko wodór, beryl i bor mają wyższą wartość opałową niż węglowodory. Jednak ich wykorzystanie jako paliw stwarza bardzo złożone problemy, które nie są tutaj omawiane. Pod względem właściwości użytkowych węglowodory jako paliwa mają istotne zalety.

Paliwa węglowodorowe charakteryzują się dużą szybkością i kompletnością spalania. Dzięki temu silnik otrzymuje ładunek cieplny o dużej gęstości do swojej pracy w bardzo krótkim czasie. Przy dobrze zorganizowanym procesie kompletność spalania paliw węglowodorowych sięga 98% lub więcej.

Paliwa węglowodorowe różnią się nieznacznie ilością powietrza teoretycznie potrzebną do całkowitego spalenia – wahają się od 13,9 do 15,0 kg/kg paliwa. Co więcej, im wyższe masowe ciepło spalania paliwa (im wyższy stosunek wodoru do węgla), tym więcej powietrza potrzeba do jego spalania.

Paliwo węglowodorowe, które występuje w stanie gazowym w temperaturze 15 C i pod ciśnieniem atmosferycznym.

Paliwa węglowodorowe bez dodatków związków niewęglowodorowych charakteryzują się wysoką stabilnością fizyczną.

Higroskopijność węglowodorów. Paliwa węglowodorowe mają właściwość pochłaniania wody z powietrza i jej rozpuszczania.

Lekkie paliwa węglowodorowe transportowane w postaci ciekłej i wykorzystywane w postaci gazowej nazywane są gazem skroplonym. Jest szeroko stosowany jako paliwo na obszarach miejskich i wiejskich.

Paliwa węglowodorowe, takie jak nafta i szeroka frakcja benzyny, nafty i nafty, mają bliskie granice stabilnego spalania w silniku.

Dla paliw węglowodorowych stosunek CP/HP wyznacza się biorąc pod uwagę względną zawartość węgla i wodoru w masie roboczej paliwa.

W przypadku paliw węglowodorowych zbieżność do pierwszego przybliżenia (z wyjątkiem obszaru bliskiego obszarowi maksymalnego stężenia gazu obojętnego) następuje wprost proporcjonalnie do zmiany stężenia gazu obojętnego i głównie na skutek przesunięcia górnej granicy.

Zadymienie produktów spalania D paliwa TS-1 na wyjściu z komory spalania silnika turbogazowego w zależności od ciśnienia w komorze I (wg K.N. Erastowa. Zużycie węglowodorów i paliwa GT spalanego bez dymu w zależności od ciśnienia P [140]. Skłonność paliw węglowodorowych do dymienia charakteryzuje się wysokością płomienia niedymiącego, liczbą luminometryczną i jest określana bezpośrednio podczas badań kwalifikacyjnych paliw w modelowej komorze spalania.

Porównanie efektywności różnych metod wytwarzania wodoru. W przypadku paliw węglowodorowych jedynym ograniczeniem jest minimalna produktywność, która w dalszym ciągu uzasadnia porównywalną złożoność projektu instalacji. Jednocześnie dużym zainteresowaniem cieszą się instalacje wykorzystujące ciekłe produkty naftowe, ponieważ są one najbardziej uniwersalne.

Spośród paliw węglowodorowych najgorszą filtrowalność w tych samych warunkach mają oleje napędowe, a najlepszą benzyna. Zbadano filtrowalność różnych paliw przy użyciu układu symulującego układ paliwowy samolotu.

Przewodność cieplna paliw węglowodorowych zależy od składu chemicznego i temperatury.

Przewodność cieplna paliw węglowodorowych zależy od ich składu chemicznego i w temperaturze 0 C oraz pod ciśnieniem atmosferycznym mieści się w przedziale 0 115 – 0 125 W/(m – K). ciśnienie ma niewielki wpływ. Największą pojemność cieplną mają alkany o normalnej budowie. Wraz ze wzrostem rozgałęzienia i wzrostem stosunku C:H, pojemność cieplna węglowodorów maleje. Alkohole mają dużą pojemność cieplną. Wraz ze wzrostem ciśnienia pojemność cieplna nieznacznie maleje.

W przypadku paliw węglowodorowych (bez dodatku przeciwstukowego) zaobserwowano, że szybkość spalania zmienia się proporcjonalnie do liczby oktanowej.

Pojemność cieplna paliw węglowodorowych w temperaturze 20 C i pod ciśnieniem atmosferycznym wynosi 1,6 - 2,0 kJ/kg K.

Przewodność cieplna paliw węglowodorowych w temperaturze 0 C i ciśnieniu atmosferycznym zmienia się w zakresie 0,115 - 0,125 W/m K.

Wartość opałowa paliw węglowodorowych waha się w dość wąskich granicach.

Frakcje otrzymywane podczas destylacji ropy naftowej.

Źródłami paliw węglowodorowych są ropa naftowa i gaz ziemny. Pola naftowe i gazowe znajdują się zwykle w pobliżu i można je znaleźć w wielu krajach na całym świecie.

Era tanich paliw węglowodorowych, które zapewniły niespotykane dotychczas tempo wzrostu gospodarczego w krajach uprzemysłowionych, odeszła na zawsze w przeszłość.

W paliwach węglowodorowych podczas ich przechowywania zachodzą zmiany chemiczne, głównie na skutek utleniania i dalszych przemian najbardziej niestabilnych węglowodorów. W takim przypadku tworzą się produkty utleniania o charakterze żywicznym i paliwo staje się nieodpowiednie do stosowania w silnikach.

Najwyższa wartość opałowa niektórych pierwiastków. Ciepło spalania paliw węglowodorowych zależy od składu chemicznego i budowy poszczególnych węglowodorów wchodzących w skład paliwa i dla węglowodorów różnych grup mieści się w przedziale 9500 – 10 500 kcal/kg. W tabeli W tabeli 4 przedstawiono wartości ciepła spalania na jednostkę masy i objętości dla pierwiastków, które mają największe ciepło spalania w porównaniu do innych elementów układu okresowego.

Wartość opałową paliw węglowodorowych można obliczyć za pomocą różnych wzorów empirycznych.

Zależność granic stabilności spalania od składu chemicznego węglowodorów. Podczas spalania paliw węglowodorowych obserwuje się wydzielanie rozproszonych cząstek substancji węglowych o składzie zbliżonym do węgla. Cząstki stałe powstające podczas spalania są wynoszone z produktami spalania i przy dużych stężeniach mogą być zauważalne w postaci dymu. Część emisji stałych osadza się na powierzchniach komory spalania w postaci sadzy. Tworzenie się nagaru w silniku uzależnione jest od następujących właściwości paliwa: składu frakcyjnego i chemicznego, gęstości, zawartości substancji żywicznych, siarki i innych zanieczyszczeń. Ponadto powstawanie węgla zależy od konstrukcji komory spalania i kompletności procesu spalania.

Jeden strażak ratuje drugiego uwięzionego w toksycznym dymie podczas pożaru w zamkniętym magazynie. Podczas spalania paliw węglowodorowych w niskich temperaturach mogą powstawać lekkie węglowodory, aldehydy (takie jak formaldehyd) i kwasy organiczne. Znaczne ilości tlenków azotu powstają w wysokich temperaturach – w wyniku utleniania azotu zawartego w atmosferze oraz przy niskich temperaturach spalania paliwa zawierającego dużo azotu. Jeżeli paliwo zawiera chlor, powstaje chlorowodór. Szczególne zagrożenie stanowią polimerowe tworzywa sztuczne.

Masę cząsteczkową paliw węglowodorowych wyznacza się głównie metodą krioskopową, a w rzadkich przypadkach stosuje się metodę pomiaru gęstości par.

Związki siarki zawarte w paliwach węglowodorowych, w tym oleju napędowego, w procesie konwersji pary ulegają przemianie głównie w siarkowodór. Obliczenia termodynamiczne przeprowadzone dla niektórych reakcji siarkowodoru z odczynnikami stałymi w celu określenia stopnia przemiany siarkowodoru w warunkach dużych stężeń pary wodnej wykazały, że najkorzystniejszym odczynnikiem do wychwytywania siarkowodoru z mokrego gazu jest tlenek cynku. Stopień absorpcji siarkowodoru przez tlenek cynku, nawet w warunkach wysokiego stężenia pary wodnej (około 50%) w temperaturze 800 - 900 C, pozostaje znaczny (52%), a tlenek wapnia nie chemisorbuje siarkowodoru w warunkach te same warunki.

Kataliza utleniania

W celu otrzymania paliw węglowodorowych o zwiększonej stabilności termicznej zaproponowano metody wykorzystujące obróbkę destylatów ropy naftowej kwasem siarkowym i sitami molekularnymi. Sita molekularne selektywnie uwalniają związki polarne, które pogarszają jego stabilność termiczną.

W przypadku kontaktu paliw węglowodorowych z metalami, szczególnie w podwyższonych temperaturach, na ich powierzchni tworzą się osady.

Warunki stosowania paliw węglowodorowych w silnikach rakietowych i samolotach naddźwiękowych znacznie się różnią. Ze zbiornika pod ciśnieniem zgazowanego azotu paliwo trafia do pompy odśrodkowej, skąd poprzez zawór główny przedostaje się do wewnętrznej przestrzeni silnika. Część paliwa za głównym zaworem paliwa kierowana jest do układu automatycznej kontroli przepływu pracy, w którym znajdują się jednostki o szczelinach par ciernych wynoszących 17 - 20 mikronów.

Schemat termicznego gazyfikatora powietrza dla benzyny. Konwersja parowa paliwa węglowodorowego jest bardziej złożona pod względem konstrukcyjnym. Wynika to z konieczności posiadania dodatkowej pojemności na wodę, systemu jej dostarczania i dozowania.

Charakterystyka energetyczna paliw do silników odrzutowych. Właściwości energetyczne paliw węglowodorowych do silników odrzutowych można zwiększyć poprzez napromienianie ich promieniowaniem radioaktywnym. Podczas narażenia na promieniowanie wzrasta masa cząsteczkowa paliwa.

Charakterystyka energetyczna paliw węglowodorowych do silników odrzutowych jest ograniczona faktem, że obok wodoru, który ma najwyższą wartość opałową 28 700 kcal/kg, zawierają one węgiel, którego wartość opałowa jest niska – 7800 kcal/kg. Zastąpienie węgla pierwiastkami o wyższej kaloryczności, takimi jak beryl (14 970 kcal/kg) i bor (14 170 kcal/kg), otwierają szerokie możliwości uzyskania obiecujących, wysokoenergetycznych paliw do silników odrzutowych.

Liczba kwasowa paliw i olejów węglowodorowych jest bardzo niska. Kwasy, a zwłaszcza hydroksykwasy, które gromadzą się w paliwach i olejach podczas eksploatacji, są wyjątkowo niepożądanym zanieczyszczeniem.

Wybierając paliwo węglowodorowe, należy wziąć pod uwagę kilka właściwości węglowodorów. Obejmują one ilość ciepła uwolnionego na każdy gram spalonego paliwa; Zaleta wynikająca z wysokiej entalpii spalania może zostać utracona, jeśli wymagane paliwo ma wysoką masę cząsteczkową.

Wartość opałowa paliw węglowodorowych zależy od składu pierwiastkowego, który z kolei jest powiązany ze składem grupowym.

Podczas spalania paliw węglowodorowych obserwuje się wydzielanie rozproszonych cząstek substancji węglowych o składzie zbliżonym do węgla. Cząsteczki stałe powstające podczas spalania, najprawdopodobniej w wyniku pirolizy paliwa do koksu, są przenoszone wraz z produktami spalania i przy dużych stężeniach mogą być zauważalne w postaci dymu. Część emisji koksu osadza się na powierzchniach komory spalania, łopatkach turbin i innych częściach w postaci sadzy. Tworzenie się nagaru zależy przede wszystkim od warunków spalania paliwa i jego składu chemicznego, w szczególności od zawartości węgla i wodoru.

przewodność cieplna paliwa węglowodorowego wodór

Rodzaje paliw węglowodorowych

Węglowodory aromatyczne to związki organiczne składające się z węgla i wodoru i zawierające pierścienie benzenu. Najprostsi i najważniejsi przedstawiciele A. u. - benzen (I) i jego homologi: metylobenzen lub toluen (II), dimetylobenzen lub ksylen itp. Do A. u. obejmują także pochodne benzenu z nienasyconymi łańcuchami bocznymi, na przykład styren (III). Istnieje wiele znanych A.u. z kilkoma jądrami benzenu w cząsteczce, np. difenylometan (IV), difenyl C6H5-C6H5, w którym oba jądra benzenu są bezpośrednio ze sobą połączone; w naftalenie (V) oba pierścienie mają po 2 atomy węgla; takie węglowodory nazywane są A.u. ze skondensowanymi jądrami.

Podstawowy źródło pozyskania A. produkty koksujące służą jako kamienie. węgiel Od 1 t Kam.-Ug. żywice można wyodrębnić średnio: 3,5 kg benzenu, 1,5 kg toluenu, 2 kg naftalenu. Produkcja A. ma ogromne znaczenie. z węglowodorów tłuszczowych (patrz: Aromat produktów naftowych). Dla niektórych Au Metody czysto syntetyczne mają znaczenie praktyczne. W ten sposób etylobenzen wytwarza się z benzenu i etylenu, którego odwodornienie prowadzi do styrenu:

Zgodnie z właściwościami chemicznymi A. u. różnią się znacznie od nienasyconych związków alicyklicznych; są one klasyfikowane jako niezależna duża klasa związków organicznych (patrz Związki aromatyczne). Pod działaniem kwasu siarkowego, kwasu azotowego, halogenów i innych odczynników w A. atomy wodoru ulegają wymianie i tworzą się aromatyczne kwasy sulfonowe, nitrozwiązki, halobenzeny itp. Związki te służą jako produkty pośrednie w produkcji barwników, leków itp. Styren łatwo tworzy ważny praktycznie polimer - polistyren. W wyniku utleniania naftalenu powstaje kwas ftalowy o-C6H4 (COOH)2, który służy jako produkt wyjściowy w produkcji wielu barwników, żywic gliftalowych i fenoloftaleiny.

(alkany) mają strukturę rozgałęzioną; węglowodory parafinowe o normalnej budowie mają najniższą liczbę oktanową. Paliwa naftowe produkowane w procesie reformingu katalitycznego i krakingu mają wyższą liczbę oktanową niż te otrzymywane w drodze bezpośredniej destylacji.

Aby zwiększyć liczbę oktanową paliw, stosuje się komponenty wysokooktanowe i dodatki przeciwstukowe. Wiele z nich (np. MTBE) odparowuje łatwiej niż benzyna, co daje ciekawy efekt w samochodach z nieszczelnym zbiornikiem gazu - w miarę zużywania się paliwa i odparowywania dodatku liczba oktanowa benzyny pozostałej w zbiorniku maleje o kilka jednostki. Prowadzi to do delikatnego dzwonienia przy pełnej mocy silnika (nie wyposażonego w czujnik spalania stukowego). Zdecydowana większość nowoczesnych silników z wtryskiem posiada czujniki spalania stukowego, które pozwalają na zastosowanie dowolnej benzyny o liczbie oktanowej 91-98; silniki o wysokim stopniu sprężania można napełniać benzyną o liczbie oktanowej co najmniej 95, a nawet 98.

Związki organiczne składające się z węgla i wodoru i zawierające jądra benzenu. Najprostsi i najważniejsi przedstawiciele A. u. - benzen (I) i jego homologi: metylobenzen lub toluen (II), dimetylobenzen lub ksylen itp. Do A. u. obejmują także pochodne benzenu z nienasyconymi łańcuchami bocznymi, na przykład styren (III). Istnieje wiele znanych A.u. z kilkoma jądrami benzenu w cząsteczce, np. difenylometan (IV), difenyl C6H5-C6H5, w którym oba jądra benzenu są bezpośrednio ze sobą połączone; w naftalenie (V) oba pierścienie mają po 2 atomy węgla; takie węglowodory nazywane są A.u. ze skondensowanymi jądrami.

Węglowodory parafinowe

Z oleju wyizolowano wszystkie alkany o normalnej budowie, aż do C33H68. C5 - C16 to ciecze, C17 i więcej to ciała stałe.

Realizując proces technologiczny, należy wziąć pod uwagę ich tendencję, pod pewnymi warunkami, do tworzenia stowarzyszeń.

Oddziaływania międzycząsteczkowe alkanów o dużej masie cząsteczkowej (HM) powodowane są przez wiązania wodorowe typu C-H...C o energii 2-4 kJ/mol i siły dyspersji.

Wraz ze spadkiem temperatury wzrasta liczba cząsteczek węglowodorów w asocjacie parafinowym, ponieważ łańcuch parafinowy zmienia się z zygzakowatego na wyprostowany, liniowy i w tym stanie cząsteczki parafiny są podatne na interakcje międzycząsteczkowe (IMI) i tworzą struktury supramolekularne.

Temperatura, w której rozpoczyna się tworzenie asocjacji, wzrasta wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej węglowodorów:

N-pentan - -60°C;

N-heksadekan - +80°C.

Im niższa temperatura, tym większa liczba cząsteczek węglowodorów w asocjacie:

N-heksadekan w 20°C - 3 cząsteczki.

H-oktan w temperaturze -50°C - 31 cząsteczek.

Wyjaśnia się to osłabieniem ruchu termicznego cząsteczek węglowodorów wraz ze spadkiem temperatury i wzrostem energii MMV alkanów wraz ze wzrostem długości łańcucha. Intensywność MMV alkanów jest znacznie niższa w porównaniu do węglowodorów innych klas występujących w instalacjach naftowych.

Struktury supramolekularne parafiny mogą istnieć w układzie olejowym tylko w niskich temperaturach i ulegają całkowitej dezagregacji wraz ze wzrostem temperatury.

Opublikowano na Allbest.ru

...

Podobne dokumenty

Główne rodzaje ciekłych i stałych paliw rakietowych, ich charakterystyka, skład i właściwości. Cechy wyboru paliwa, wpływ rodzaju utleniacza. Zalety paliw jednoskładnikowych i wady paliw dwuskładnikowych. Proszki rakietowe i mieszane paliwa rakietowe.

praca na kursie, dodano 13.12.2013

Cykloalkany, ich właściwości chemiczne i wpływ na właściwości użytkowe paliw. Właściwości paliw ciekłych, tendencja do tworzenia osadów i korozyjność. Rodzaje tarcia, zużycia i główne funkcje olejów smarowych (silnikowych i przekładniowych).

streszczenie, dodano 11.10.2015

Zalety i wady oleju napędowego. Wpływ palności, lepkości i gęstości, składu frakcyjnego, zawartości siarki i wody na parametry użytkowe oleju napędowego. Porównanie biodiesla z olejem napędowym pod względem właściwości fizycznych, chemicznych i eksploatacyjnych.

streszczenie, dodano 23.09.2013

Istota i proces otrzymywania benzyny. Obszary zastosowań benzyny pod koniec XIX wieku i współcześnie. Cechy paliwa lotniczego i samochodowego. Oznakowanie benzyn silnikowych, ich właściwości fizykochemiczne i wpływ na organizm ludzki.

prezentacja, dodano 11.12.2012

Klasyfikacja paliw gazowych. Oczyszczanie gazów z zanieczyszczeń. Suszenie gazu metodą krótkotrwałej adsorpcji bez ciepła. Rozdzielanie gazu na frakcje w instalacji HFC. Przygotowanie i wykorzystanie produktów frakcjonowania gazów. Skład suchego paliwa gazowego.

praca na kursie, dodano 05.05.2015

Główne cechy oleju napędowego. Wymagania dotyczące jakości oleju napędowego w Europie oraz USA i Rosji. Obniżenie zawartości siarki w oleju napędowym za pomocą specjalnych dodatków. Zmiana składu frakcyjnego paliwa. Opis podstawowych metod czyszczenia.

praca na kursie, dodano 26.03.2013

Olej, jego pochodzenie i skład, znaczenie części węglowodorowych, niewęglowodorowych i zanieczyszczeń mineralnych. Produkty naftowe i ich właściwości detonacyjne, ogólny schemat rafinacji ropy naftowej i pozyskiwania paliwa na potrzeby gospodarstw domowych. Technologia procesu krakingu.

praca na kursie, dodano 16.11.2009

Ogólne teorie katalizy jednorodnej. Etapy procesu katalizy i szybkość reakcji. Kinetyka reakcji katalitycznej dysproporcjonowania nadtlenku wodoru w obecności różnych ilości katalizatora Fe2+, wpływ pH na szybkość reakcji.

test, dodano 18.09.2012

Badanie właściwości fizykochemicznych wodoru, metod jego wytwarzania i zastosowania. Charakterystyka wodorowo-tlenowego ogniwa paliwowego Bacona, magazynowanie energii w trybie planowania obciążenia. Analiza składu paliwa kosmicznego, szczególna rola platyny.

praca na kursie, dodano 11.10.2011

Nowoczesne technologie hydrorafinacji (hydrokrakingu itp.) oleju napędowego oraz zastosowanie dodatków przeciwzużyciowych, podwyższających liczbę cetanową, depresantowo-dyspergujących, przeciwdymowych, przeciwutleniających, detergentowych i innych. Chemia i mechanizm hydrorafinacji oleju napędowego.

Paliwa węglowodorowe są mieszaniną węglowodorów.
Schemat instalacji do określania składu frakcyjnego paliwa. Paliwo węglowodorowe jest cieczą o złożonym składzie, składającą się z dużej liczby pojedynczych węglowodorów. Taka ciecz nie ma określonej temperatury wrzenia; proces wrzenia zachodzi w określonym zakresie temperatur. Za charakterystyczne punkty składu frakcyjnego uważa się zwykle początkową temperaturę wrzenia, temperaturę wrzenia 10, 50, 90% objętości paliwa oraz końcową temperaturę wrzenia.
Paliwa węglowodorowe mają właściwość pochłaniania wody z powietrza i jej rozpuszczania. Rozpuszczalność wody w paliwie jest niska i zależy niezależnie od temperatury i składu chemicznego paliwa. Najbardziej higroskopijne są węglowodory aromatyczne, a zwłaszcza benzen. Dlatego paliwa bogate w węglowodory aromatyczne mają zwiększoną higroskopijność.
Paliwo węglowodorowe wprowadzane w temperaturze 260°C jest krakowane w temperaturze 500°C w złożu fluidalnym; Zastosowano schemat technologiczny reaktor - regenerator.
Paliwa węglowodorowe charakteryzują się wysoką wartością opałową. Produktami ich całkowitego spalania są głównie dwutlenek węgla i woda. Tylko wodór, beryl i bor mają wyższą wartość opałową niż węglowodory. Jednak ich wykorzystanie jako paliw stwarza bardzo złożone problemy, które nie są tutaj omawiane. Pod względem właściwości użytkowych węglowodory jako paliwa mają istotne zalety.
Paliwa węglowodorowe charakteryzują się dużą szybkością i kompletnością spalania. Dzięki temu silnik otrzymuje ładunek cieplny o dużej gęstości do swojej pracy w bardzo krótkim czasie. Przy dobrze zorganizowanym procesie kompletność spalania paliw węglowodorowych sięga 98% lub więcej.
Paliwa węglowodorowe różnią się nieznacznie ilością powietrza teoretycznie potrzebną do całkowitego spalenia – wahają się od 13,9 do 15,0 kg/kg paliwa. Co więcej, im wyższe masowe ciepło spalania paliwa (im wyższy stosunek wodoru do węgla), tym więcej powietrza potrzeba do jego spalania.
Paliwa węglowodorowe mają właściwość pochłaniania wody z powietrza i jej rozpuszczania. Rozpuszczalność wody w paliwie jest niska i zależy niezależnie od temperatury i składu chemicznego paliwa. Najbardziej higroskopijne są węglowodory aromatyczne, a zwłaszcza benzen. Dlatego paliwa bogate w węglowodory aromatyczne mają zwiększoną higroskopijność.
Paliwo węglowodorowe, które występuje w stanie gazowym w temperaturze 15 C i pod ciśnieniem atmosferycznym.
Paliwa węglowodorowe bez dodatków związków niewęglowodorowych charakteryzują się wysoką stabilnością fizyczną.
Higroskopijność węglowodorów. Paliwa węglowodorowe mają właściwość pochłaniania wody z powietrza i jej rozpuszczania.
Lekkie paliwa węglowodorowe transportowane w postaci ciekłej i wykorzystywane w postaci gazowej nazywane są gazem skroplonym. Jest szeroko stosowany jako paliwo na obszarach miejskich i wiejskich.

Paliwa węglowodorowe, takie jak nafta i szeroka frakcja benzyny, nafty i nafty, mają bliskie granice stabilnego spalania w silniku.
Dla paliw węglowodorowych stosunek CP/HP wyznacza się biorąc pod uwagę względną zawartość węgla i wodoru w masie roboczej paliwa.
W przypadku paliw węglowodorowych zbieżność do pierwszego przybliżenia (z wyjątkiem obszaru bliskiego obszarowi maksymalnego stężenia gazu obojętnego) następuje wprost proporcjonalnie do zmiany stężenia gazu obojętnego i głównie na skutek przesunięcia górnej granicy.
Zadymienie produktów spalania D paliwa TS-1 na wyjściu z komory spalania silnika turbogazowego w zależności od ciśnienia w I komorze (wg K.N. Erastowa. | Zużycie węglowodorów i paliwa GT spalanego bez dymienia w zależności od na ciśnieniu P [140]. Skłonność paliw węglowodorowych do dymienia charakteryzuje się wysokością płomienia niedymiącego, liczbą luminometryczną i jest określana bezpośrednio podczas badań kwalifikacyjnych paliw w modelowej komorze spalania.
Porównanie efektywności różnych metod wytwarzania wodoru. W przypadku paliw węglowodorowych jedynym ograniczeniem jest minimalna produktywność, która w dalszym ciągu uzasadnia porównywalną złożoność projektu instalacji. Jednocześnie dużym zainteresowaniem cieszą się instalacje wykorzystujące ciekłe produkty naftowe, ponieważ są one najbardziej uniwersalne.
Spośród paliw węglowodorowych najgorszą filtrowalność w tych samych warunkach mają oleje napędowe, a najlepszą benzyna. Zbadano filtrowalność różnych paliw przy użyciu układu symulującego układ paliwowy samolotu.
Przewodność cieplna paliw węglowodorowych zależy od składu chemicznego i temperatury.
Przewodność cieplna paliw węglowodorowych zależy od ich składu chemicznego i w temperaturze 0 C oraz pod ciśnieniem atmosferycznym mieści się w przedziale 0 115 – 0 125 W/(m – K). ciśnienie ma niewielki wpływ. Największą pojemność cieplną mają alkany o normalnej budowie. Wraz ze wzrostem rozgałęzienia i wzrostem stosunku C:H, pojemność cieplna węglowodorów maleje. Alkohole mają dużą pojemność cieplną. Wraz ze wzrostem ciśnienia pojemność cieplna nieznacznie maleje.
W przypadku paliw węglowodorowych (bez dodatku przeciwstukowego) zaobserwowano, że szybkość spalania zmienia się proporcjonalnie do liczby oktanowej.
Pojemność cieplna paliw węglowodorowych w temperaturze 20 C i pod ciśnieniem atmosferycznym wynosi 1,6 - 2,0 kJ/kg K.
Przewodność cieplna paliw węglowodorowych w temperaturze 0 C i ciśnieniu atmosferycznym zmienia się w zakresie 0,115 - 0,125 W/m K.
Wartość opałowa paliw węglowodorowych waha się w dość wąskich granicach.
Frakcje otrzymywane podczas destylacji ropy naftowej.
Źródłami paliw węglowodorowych są ropa naftowa i gaz ziemny. Pola naftowe i gazowe znajdują się zwykle w pobliżu i można je znaleźć w wielu krajach na całym świecie.
Era tanich paliw węglowodorowych, które zapewniły niespotykane dotychczas tempo wzrostu gospodarczego w krajach uprzemysłowionych, odeszła na zawsze w przeszłość.
W paliwach węglowodorowych podczas ich przechowywania zachodzą zmiany chemiczne, głównie na skutek utleniania i dalszych przemian najbardziej niestabilnych węglowodorów. W takim przypadku tworzą się produkty utleniania o charakterze żywicznym i paliwo staje się nieodpowiednie do stosowania w silnikach.
Najwyższa wartość opałowa niektórych pierwiastków. Ciepło spalania paliw węglowodorowych zależy od składu chemicznego i budowy poszczególnych węglowodorów wchodzących w skład paliwa i dla węglowodorów różnych grup mieści się w przedziale 9500 – 10 500 kcal/kg. W tabeli W tabeli 4 przedstawiono wartości ciepła spalania na jednostkę masy i objętości dla pierwiastków, które mają największe ciepło spalania w porównaniu do innych elementów układu okresowego.
Podstawy spalania paliw węglowodorowych, Wydawnictwo.
Wartość opałową paliw węglowodorowych można obliczyć za pomocą różnych wzorów empirycznych.
Podstawy spalania paliw węglowodorowych (tłumaczenie z języka angielskiego), Wydawnictwo Zagraniczne.
Podstawy spalania paliw węglowodorowych, Izdatinlit, 1960, s. 13-13.
Zależność granic stabilności spalania od składu chemicznego węglowodorów. Podczas spalania paliw węglowodorowych obserwuje się wydzielanie rozproszonych cząstek substancji węglowych o składzie zbliżonym do węgla. Cząstki stałe powstające podczas spalania są wynoszone z produktami spalania i przy dużych stężeniach mogą być zauważalne w postaci dymu. Część emisji stałych osadza się na powierzchniach komory spalania w postaci sadzy. Tworzenie się nagaru w silniku uzależnione jest od następujących właściwości paliwa: składu frakcyjnego i chemicznego, gęstości, zawartości substancji żywicznych, siarki i innych zanieczyszczeń. Ponadto powstawanie węgla zależy od konstrukcji komory spalania i kompletności procesu spalania.
Jeden strażak ratuje drugiego uwięzionego w toksycznym dymie podczas pożaru w zamkniętym magazynie. Podczas spalania paliw węglowodorowych w niskich temperaturach mogą powstawać lekkie węglowodory, aldehydy (takie jak formaldehyd) i kwasy organiczne. Znaczne ilości tlenków azotu powstają w wysokich temperaturach – w wyniku utleniania azotu zawartego w atmosferze oraz przy niskich temperaturach spalania paliwa zawierającego dużo azotu. Jeżeli paliwo zawiera chlor, powstaje chlorowodór. Szczególne zagrożenie stanowią polimerowe tworzywa sztuczne.
Masę cząsteczkową paliw węglowodorowych wyznacza się głównie metodą krioskopową, a w rzadkich przypadkach stosuje się metodę pomiaru gęstości par.
Związki siarki zawarte w paliwach węglowodorowych, w tym oleju napędowego, w procesie konwersji pary ulegają przemianie głównie w siarkowodór. Obliczenia termodynamiczne przeprowadzone dla niektórych reakcji siarkowodoru z odczynnikami stałymi w celu określenia stopnia przemiany siarkowodoru w warunkach dużych stężeń pary wodnej wykazały, że najkorzystniejszym odczynnikiem do wychwytywania siarkowodoru z mokrego gazu jest tlenek cynku. Stopień absorpcji siarkowodoru przez tlenek cynku, nawet w warunkach wysokiego stężenia pary wodnej (około 50%) w temperaturze 800 - 900 C, pozostaje znaczny (52%), a tlenek wapnia nie chemisorbuje siarkowodoru w warunkach te same warunki.

Kataliza utleniania paliw węglowodorowych jonami metali polega na wytworzeniu rodników determinujących rozwój łańcuchów utleniających i wymaga dodatkowego zużycia przeciwutleniacza w celu usunięcia nowo powstałych rodników nadtlenkowych ze sfery reakcyjnej.
W celu otrzymania paliw węglowodorowych o zwiększonej stabilności termicznej zaproponowano metody wykorzystujące obróbkę destylatów ropy naftowej kwasem siarkowym i sitami molekularnymi. Sita molekularne selektywnie uwalniają związki polarne, które pogarszają jego stabilność termiczną.
W przypadku kontaktu paliw węglowodorowych z metalami, szczególnie w podwyższonych temperaturach, na ich powierzchni tworzą się osady.
Warunki stosowania paliw węglowodorowych w silnikach rakietowych i samolotach naddźwiękowych znacznie się różnią. Ze zbiornika pod ciśnieniem zgazowanego azotu paliwo trafia do pompy odśrodkowej, skąd poprzez zawór główny przedostaje się do wewnętrznej przestrzeni silnika. Część paliwa za głównym zaworem paliwa kierowana jest do układu automatycznej kontroli przepływu pracy, w którym znajdują się jednostki o szczelinach par ciernych wynoszących 17 - 20 mikronów.
Schemat termicznego gazyfikatora powietrza dla benzyny. Konwersja parowa paliwa węglowodorowego jest bardziej złożona pod względem konstrukcyjnym. Wynika to z konieczności posiadania dodatkowej pojemności na wodę, systemu jej dostarczania i dozowania.
Charakterystyka energetyczna paliw do silników odrzutowych. Właściwości energetyczne paliw węglowodorowych do silników odrzutowych można zwiększyć poprzez napromienianie ich promieniowaniem radioaktywnym. Podczas narażenia na promieniowanie wzrasta masa cząsteczkowa paliwa.
Charakterystyka energetyczna paliw węglowodorowych do silników odrzutowych jest ograniczona faktem, że obok wodoru, który ma najwyższą wartość opałową 28 700 kcal/kg, zawierają one węgiel, którego wartość opałowa jest niska – 7800 kcal/kg. Zastąpienie węgla pierwiastkami o wyższej kaloryczności, takimi jak beryl (14 970 kcal/kg) i bor (14 170 kcal/kg), otwierają szerokie możliwości uzyskania obiecujących, wysokoenergetycznych paliw do silników odrzutowych.
Liczba kwasowa paliw i olejów węglowodorowych jest bardzo niska. Kwasy, a zwłaszcza hydroksykwasy, które gromadzą się w paliwach i olejach podczas eksploatacji, są wyjątkowo niepożądanym zanieczyszczeniem.
Wybierając paliwo węglowodorowe, należy wziąć pod uwagę kilka właściwości węglowodorów. Obejmują one ilość ciepła uwolnionego na każdy gram spalonego paliwa; Zaleta wynikająca z wysokiej entalpii spalania może zostać utracona, jeśli wymagane paliwo ma wysoką masę cząsteczkową.
Wartość opałowa paliw węglowodorowych zależy od składu pierwiastkowego, który z kolei jest powiązany ze składem grupowym.
Podczas spalania paliw węglowodorowych obserwuje się wydzielanie rozproszonych cząstek substancji węglowych o składzie zbliżonym do węgla. Cząstki stałe powstałe podczas spalania, najprawdopodobniej w wyniku pirolizy paliwa do koksu, są przenoszone wraz z produktami spalania i przy dużych stężeniach mogą być zauważalne w postaci dymu. Część emisji koksu osadza się na powierzchniach komory spalania, łopatkach turbin i innych częściach w postaci sadzy. Tworzenie się nagaru zależy przede wszystkim od warunków spalania paliwa i jego składu chemicznego, w szczególności od zawartości węgla i wodoru.