“hvad er der i diesel?”er et spørgsmål med to svar, det ene meget kort og det andet meget langt. Det korte svar er kulbrinter. Kulbrinter, som navnet antyder, er molekyler fremstillet af hydrogen-og carbonatombindinger. Kulbrinter er komponenterne i ethvert fossilt brændstof — og biobrændstof — der gør dem værdifulde. Kulbrinter er molekylerne i fossile brændstoffer og biobrændstoffer, der antænder, forbrænder, brænder, eksploderer osv.
på molekylært niveau er fossile brændstoffer simpelthen kulbrinter og forurenende stoffer. Biobrændstoffer er også kulbrinter på et elementært niveau. Så diesel er simpelthen en kombination af forskellige kulbrinter. Det er blandingen af kulbrinter — forholdet mellem de forskellige kulbrinter — der gør diesel til et unikt fossilt brændstof.
vigtigere end at spørge, hvad der er i diesel, spørger, hvad kulbrinter er i diesel, og i hvilken kombination.
Kulbrinteklasser bestemmer fossilt brændstof og Biobrændstoftyper
ligesom der er forskellige typer fossile brændstoffer og biobrændstoffer, er der forskellige kategorier, klasser og typer kulbrinter. Kategorier, klasser og typer af kulbrinter bestemmer brændstoftype-diesel, gas, naturgas, petroleum osv. – samt de forskellige typer biobrændstoffer.
der er to kategorier af fossilt brændsel carbonhydrider: mættet og umættet. Og der er fire typer kulbrinteklasser, to i den mættede kategori og to i den umættede kategori. Chevron.com “s tekniske papir dieselbrændstof teknisk gennemgang skitserer fire klasser,” der er fire hovedklasser af kulbrinter: paraffiner, naphthener, olefiner og aromater. Hver klasse er en familie af individuelle carbonhydridmolekyler, der har et fælles strukturelt træk, men varierer i størrelse (antal carbonatomer) eller geometri. Klasserne adskiller sig også i forholdet mellem hydrogen og carbonatomer og i den måde, hvorpå carbonatomerne er bundet til hinanden.”
olefiner — også kendt som alkener — og aromater er umættede carbonhydrider. Alkaner er de eneste mættede carbonhydrider, der forekommer naturligt i råolie.
karakteristika for Carbonhydridklasser
Store carbonhydridmolekyler og lange og komplekse carbonhydridmolekylekæder svarer til større brændstoftæthed. Brændstoftæthed er mængden af energi i hvert volumen brændstof, mængden af energi i en gallon eller liter diesel, for eksempel. Lette brændstoffer som brændstof og gasstatsbrændstoffer-naturgas (metan), propan osv. – består af små carbonhydridmolekyler og korte molekylekæder. Som et resultat har lette brændstoffer lave energitætheder.
Store kulbrinter og lange carbonhydridmolekylekæder omfatter de fleste kulbrinter i tunge brændstoffer som diesel, dieselbrændstof og bunkerbrændstof (restolie). Det skyldes, at store carbonhydridmolekyler og molekylkæder har høj energitæthed. Ud over størrelsen og længden af carbonhydridmolekyler spiller carbon-til-hydrogen-forhold en rolle i densitet. Antallet af carbonatomer i forhold til hydrogenatomer bestemmer et brændstofs vægt og densitet. Jo større antallet af carbonatomer – eller jo færre hydrogenatomer-i et molekyles carbon-til-hydrogen-forhold, jo mere energitæt er brændstoffet.
carbonhydrider med høje hydrogen-til-carbon-forhold er lettere end carbonhydrider med højere carbon-til-hydrogen-forhold. Årsagen er, at brint er det letteste element på jorden. Det følger derfor grunden til, at gas — State fossile brændstoffer som propan og naturgas (metan)-som har høje brint-til — kulstof-tæller-er ekstremt lette. I den modsatte ende af spektret er tykke og tunge fossile brændstoffer som diesel og brændselsolie højt i kulstofindhold.
jo større forholdet mellem kulstof og hydrogen er, desto større er tætheden af et brændstof.
kulbrinter og Brændstoftæthed
energitæthed påvirker alt fra gaskilometer og emissioner til motorens levetid. Gas kilometertal, emissioner-forurening-og slitage på en motor er produkter af carbonhydridmolekyle størrelse og carbonhydridmolekyle kædelængde.
jo højere kulstof-til-brint-forhold, jo mere energi i et brændstof og renere brændstoffet brænder. For eksempel er energitætheden af en gallon brændstof betydeligt mindre end energitætheden af en gallon diesel. “Diesel og gas har omtrent samme energi pr. masseenhed (lavere varmeværdi, ca.41 MJ/kg). 833 kg/m3 sammenlignet med 740 kg / m3 for gas. Dette giver diesel omkring 13% højere energitæthed pr. volumen, ” ifølge StackExchange.com.
som et resultat — i det mindste delvist — er dieselmotorer mellem 25 og 35 procent mere brændstofeffektive end deres bensinmotormodeller og varer to til tre gange så længe.
fire klasser af carbonhydrider
igen er der kun fire carbonhydridklasser: paraffiner, naphthener, olefiner og aromater. Fordi der kun er fire klasser af kulbrinter, betyder det nødvendigvis, at kulbrinterne i fossile brændstoffer falder inden for en af de fire klasser. Der er dog hundredvis af forskellige kulbrintetyper i diesel såvel som enhver anden type fossilt brændstof.
Diesel alene indeholder mere end 500 forskellige typer kulbrinter. Og mange af kulbrinterne i diesel findes også i brændstof og andre fossile brændstoffer. Mens fossile brændstoffer har kulbrinter til fælles, er det forholdet mellem store og små carbonhydridmolekyler, der adskiller fossile brændstoffer. Der er en formel for carbonhydridblandingen i hvert fossilt brændstof.
ligeledes er der carbonhydridformel for diesel.
kategorier og klasser af carbonhydrider i Diesel
de fire klasser af carbonhydrider falder ind i en af to kategorier. Uanset hvilken af de fire klasser et carbonhydrid falder ind under, er et carbonhydrid enten et mættet carbonhydrid eller et umættet carbonhydrid. Forholdet mellem mættede carbonhydrider og umættede carbonhydrider varierer i diesel.
men forholdet er typisk omkring fire mættede carbonhydrider til hvert enkelt umættet carbonhydrid.
med hensyn til carbonhydridklasser falder kulbrinterne i diesel ind under en af tre kategorier: paraffiner, aromater og naphthener. Olefiner er meget usædvanlige i dieselolie, fordi de er usædvanlige i råolie. “Olefiner forekommer sjældent i råolie; de dannes ved visse raffinaderiprocesser.”Som Energiteknologinetværkets afdeling for Avanceret motorbrændstof forklarer,” består dieselolie hovedsageligt af paraffiner, aromater og naphthener. Dieselolie indeholder carbonhydrider med ca. 12-20 carbonatomer, og kogeområdet er mellem 170 og 360 liter C.”
hvilke mættede carbonhydrider — alkaner — er
mættede carbonhydrider udgør størstedelen af carbonhydriderne i dieselbrændstof. Cirka 75 procent af carbonhydriderne i diesel er mættede carbonhydrider. Ligesom der er forskellige typer carbonhydrider, er der forskellige typer mættede carbonhydrider eller alkaner.
forskellige slags alkaner — mættede carbonhydrider — har forskellige antal hydrogenatomer og carbonatomer. Og forskellige alkaner har forskellige hydrogen-til-carbon-forhold. Der er to typer alkaner i dieselbrændstof: paraffiner og naphthener. “Paraffiner og naphthener klassificeres som mættede carbonhydrider, fordi der ikke kan tilsættes mere hydrogen til dem uden at bryde kulstofrygraden.”
Paraffincarbonhydrider
normale paraffiner er enkeltkædede molekyler. Der er en rygrad af carbonatomer. Knyttet til carbonatomerne er mellem et og tre hydrogenatomer. “Normale paraffiner har carbonatomer bundet til at danne kædelignende molekyler, hvor hvert kulstof – undtagen dem i enderne – er bundet til to andre, en på hver side.”Men i lighed med det faktum, at der er forskellige fossile brændstoffer, fordi der er forskellige typer kulbrinter — mættede og umættede — er der forskellige slags paraffiner. Ud over normale paraffiner er der også isoparaffiner.
Isoparaffin-carbonhydrider
Isoparaffiner har samme carbon-rygrad som normale paraffiner. Ud over rygraden i carbonatomer har isoparaffiner imidlertid kulstofgrene. Implikationen er, at et andet paraffincarbonhydrid kan have det samme antal carbon-og hydrogenatomer i en kæde, men en anden struktur.
“Isoparaffiner har en lignende kulstofrygrad, men de har også et eller flere kulstoffer, der forgrener sig fra rygraden. Normal decan og 2,4-dimethyloctan har samme kemiske formel, C10H22, men forskellige kemiske og fysiske egenskaber. Forbindelser som denne med den samme kemiske formel, men et andet arrangement af atomer, kaldes strukturelle isomerer.”
Cycloalkane carbonhydrider (naphthener)
ud over enkeltkædede molekyler og kædemolekyler med grene udvikler paraffincarbonhydrider sig også til kæder, hvor de to ender binder sig for at skabe en løkke. Paraffincarbonhydrider, der løber, er cycloalkaner eller naphthener.
og hver alkantype kan have et stort antal forskellige typer.
“under standardbetingelser for temperatur og tryk (STP) er de første fire medlemmer af Alkan-serien (methan, ethan, propan og butan) i gasform, og forbindelser startende fra C5H12 (pentan) til n-heptadecan (C17H36) er væsker (udgør store fraktioner af carbonhydrider, der findes i flydende brændstoffer (f.eks. bensin, jetbrændstof og dieselbrændstof), mens n-octadecan (C18H38) eller tungere forbindelser findes isoleret som vokslignende faste stoffer ved STP. Disse tungere paraffiner er opløselige i lettere paraffiner eller andre carbonhydrider og kan findes i dieselolie og brændselsolier. Paraffiner fra C1 til C40 forekommer normalt i råolie (tungere alkaner i flydende opløsning, ikke som faste partikler) og repræsenterer op til 20% råvolumen.”
de resterende komponenter i dieselolie er aromater, umættede carbonhydrider.
hvilke umættede carbonhydrider — aromater — er i Diesel
aromater er umættede carbonhydrider. Aromater udgør ikke-alkaner i dieselbrændstof. “Dieselbrændstoffer har aromater indhold i området 15 til 37% Volumen.”Der er tre typer aromater: mono-aromater, di-aromater og tri-aromater. Mens der er hundredvis af specifikke typer aromater i diesel, er der kun et halvt dusin, der udgør en stor del af moderne diesel.
de mest almindelige aromater i diesel er:
- toluen eller methylbensen
- m-kylen eller 1,3-dimethylbensen
- Ethylbensen
- Propylbensen
- Isopropylbensen
fordele og ulemper ved aromater
aromater spiller en afgørende rolle i to vigtige kvaliteter af diesel. For det første, jo større er antallet af aromater, desto større er viskositeten. Så jo flere aromater i diesel, jo mere flydende er det. Derudover er aromater Flygtige kulbrinter, hvilket betyder, at aromater hjælper med dieselmotor koldt vejr starter. Og jo flere aromater, jo højere er cetanklassificeringen af et dieselbrændstof. Men der er også ulemper ved aromater, især med hensyn til miljøet.
aromater producerer, når de forbrændes, snavsere emissioner end alkaner genererer. “Aromater kan føre til kræftfremkaldende forbindelser i udstødningsgasser, som f.eks. Olefiner i gas kan føre til en stigning i koncentrationen af reaktive olefiner i udstødningsgasser, hvoraf nogle er kræftfremkaldende, giftige eller kan øge osomdannelsespotentialet.”
gode Vs dårlige kulbrinter i Diesel
dieselbrændstof er ikke et” rent ” brændstof ifølge traditionel miljøforkæmper. Årsagen er, partikler, og smog forbundet med brændende diesel. Imidlertid er den sorte røg produceret af dieselmotorer næppe anderledes end røg fra skorstene, vulkaner og skovbrande. Mens den var grim, var den sorte røg, som dieselmotorer fra fortiden producerede, simpelthen uforbrændte kulbrinter.
formentlig er de farligste emissioner fra forbrændingsmotorer de usynlige gasser, der findes i emissioner. Kulilte produceres for eksempel i ekstremt lave mængder af dieselmotorer. På den anden side producerer bensinmotorer betydelige mængder.
der er en grund — forekomsten af et carbonhydrid over et andet — der adskiller diesel fra andre fossile brændstoffer: naphthener. “Naphthener er en klasse af cykliske alifatiske carbonhydrider eller simpelthen cycloalkaner.”Naphthener er simpelthen alkaner, der løber. Det betyder, at naphthener er energirige og ekstremt tætte. Endnu vigtigere er emissionerne fra naphthener ikke giftige.
mens alle fossile brændstoffer har et stort antal paraffiner (alkaner) og aromater, har ikke alle fossile brændstoffer store mængder naphthener. I stedet for naphthener er den tredje komponent i lette brændstoffer som gas og gas-State fossile brændstoffer alkener. Alkener er giftige. Så på et grundlæggende niveau er diesel anderledes end bensin og andre lette gasstatsbrændstoffer, fordi det har naphthener, værdifulde, ikke-giftige emissioner, der producerer kulbrinte.
Diesel kulbrinter sammenlignet med andre fossile brændstoffer
heldigvis er kulbrinter, der er “rene”, de samme kulbrinter, der har høj energitæthed. Ligeledes er de kulbrinter, der er giftige for mennesker og beskadiger atmosfæren og miljøet, også dem, der ikke er energitætte. Mens diesel har problemer med hensyn til emissionsforurening, er disse spørgsmål ikke kulbrinterelaterede. Mens svovlet i almindelig diesel er giftigt, er diesel med lavt svovlindhold betydeligt mindre forurenende end brændstof.
Diesel har et højere alkanindhold end bensin og et lavere aromatindhold. Derudover har bensin et højt alkenerindhold. Alkener producerer giftige emissioner. I stedet for alkener indeholder diesel naphthener, en form for alkaner. Alkaner er den reneste klasse af carbonhydrider med hensyn til emissioner. Og naphthener har den højeste energitæthed af alle carbonhydrider.
med hensyn til carbonhydridemissioner er diesel det reneste fossile brændstof.