„co to jest olej napędowy?”to pytanie z dwiema odpowiedziami, jedną bardzo krótką, a drugą bardzo długą. Krótka odpowiedź to węglowodory. Węglowodory, jak sama nazwa wskazuje, to cząsteczki zbudowane z wiązań wodoru i atomu węgla. Węglowodory są składnikami każdego paliwa kopalnego – i biopaliwa-które czynią je wartościowymi. Węglowodory to cząsteczki w paliwach kopalnych i biopaliwach, które zapalają się, spalają, spalają, eksplodują itp.
na poziomie molekularnym paliwa kopalne są po prostu węglowodorami i zanieczyszczeniami. Biopaliwa są również węglowodorami na poziomie pierwiastkowym. Tak więc olej napędowy jest po prostu kombinacją różnych węglowodorów. To właśnie mieszanina węglowodorów — stosunek różnych węglowodorów-sprawia, że olej napędowy jest unikalnym paliwem kopalnym.
ważniejsze od pytania, co jest w oleju napędowym, jest pytanie, jakie węglowodory są w oleju napędowym i w jakiej kombinacji.
klasy węglowodorów określają rodzaje paliw kopalnych i biopaliw
podobnie jak istnieją różne rodzaje paliw kopalnych i biopaliw, istnieją różne kategorie, klasy i rodzaje węglowodorów. Kategorie, klasy i rodzaje węglowodorów określają rodzaj paliwa-Olej napędowy, benzyna, gaz ziemny, nafta itp. – a także różne rodzaje biopaliw.
istnieją dwie kategorie węglowodorów paliw kopalnych: nasycone i nienasycone. Istnieją cztery rodzaje klas węglowodorów, dwa w kategorii nasyconych i dwa w kategorii nienasyconych. Chevron.com „s Papier techniczny Olej napędowy przegląd techniczny przedstawia cztery klasy,” istnieją cztery główne klasy węglowodorów: parafiny, naftenów, olefin i aromatów. Każda klasa jest rodziną pojedynczych cząsteczek węglowodorów, które mają wspólną cechę strukturalną, ale różnią się wielkością (liczbą atomów węgla) lub geometrią. Klasy różnią się również stosunkiem atomów wodoru do węgla oraz sposobem wiązania atomów węgla ze sobą.”
olefiny-znane również jako alkenes-i aromaty są węglowodorami nienasyconymi. Alkany są jedynymi węglowodorami nasyconymi, które występują naturalnie w ropie naftowej.
charakterystyka klas węglowodorów
duże cząsteczki węglowodorów oraz długie i złożone łańcuchy cząsteczek węglowodorów oznaczają większą gęstość paliwa. Gęstość paliwa to ilość energii w każdej objętości paliwa, na przykład ilość energii w galonie lub litrze oleju napędowego. Paliwa lekkie, takie jak benzyna i gaz-paliwa państwowe-gaz ziemny (metan), propan itp. – składają się z małych cząsteczek węglowodorów i krótkich łańcuchów cząsteczkowych. W rezultacie paliwa lekkie mają niską gęstość energii.
Duże węglowodory i długie łańcuchy cząsteczkowe węglowodorów zawierają większość węglowodorów w ciężkich paliwach, takich jak olej napędowy, olej napędowy i paliwo bunkrowe (olej resztkowy). Dzieje się tak dlatego, że duże cząsteczki węglowodorów i łańcuchy cząsteczkowe mają wysoką gęstość energii. Oprócz wielkości i długości cząsteczek węglowodorów, stosunek węgla do wodoru odgrywa rolę w gęstości. Liczba atomów węgla w stosunku do atomów wodoru określa masę i gęstość paliwa. Im większa liczba atomów węgla-lub im mniej atomów wodoru-w stosunku węgla do wodoru w cząsteczce, tym więcej energii gęstnieje paliwo.
węglowodory o wysokim stosunku wodoru do węgla są lżejsze niż węglowodory o wyższym stosunku węgla do wodoru. Powodem jest fakt, że wodór jest najlżejszym pierwiastkiem na Ziemi. Wynika z tego, że paliwa kopalne w stanie gazowym, takie jak propan i gaz ziemny (metan) — które mają wysoką liczbę wodoru do węgla-są niezwykle lekkie. Na przeciwległym końcu spektrum grube i ciężkie paliwa kopalne, takie jak olej napędowy i olej opałowy, mają wysoką zawartość węgla.
im większy stosunek węgla do wodoru, tym większa gęstość paliwa.
węglowodory i gęstość paliwa
gęstość energii wpływa na wszystko, od przebiegu gazu i emisji do żywotności silnika. Przebieg gazu, emisja — zanieczyszczenie — oraz zużycie silnika to produkty wielkości cząsteczek węglowodorów i długości łańcucha cząsteczek węglowodorów.
im wyższy stosunek węgla do wodoru, tym więcej energii w paliwie i czystsze paliwo spala. Na przykład gęstość energii galona benzyny jest znacznie mniejsza niż gęstość energii galona oleju napędowego. „Olej napędowy i benzyna mają mniej więcej taką samą energię na jednostkę masy (niższa wartość opałowa, około 41 MJ / kg). Gęstość oleju napędowego wynosi około 833 kg / m3 w porównaniu do 740 kg/m3 dla benzyny. Daje to olejowi napędowemu o około 13% większą gęstość energii na objętość, ” według StackExchange.com.
w rezultacie — przynajmniej częściowo — silniki wysokoprężne są o 25-35 procent bardziej oszczędne niż ich odpowiedniki z silnikiem benzynowym i trwają od dwóch do trzech razy dłużej.
cztery klasy węglowodorów
Ponownie istnieją tylko cztery klasy węglowodorów: parafiny, nafteny, olefiny i aromaty. Ponieważ istnieją tylko cztery klasy węglowodorów, oznacza to, że węglowodory w paliwach kopalnych należą do jednej z czterech klas. Istnieją jednak setki różnych rodzajów węglowodorów w oleju napędowym, a także każdy inny rodzaj paliwa kopalnego.
sam olej napędowy zawiera ponad 500 różnych rodzajów węglowodorów. Wiele węglowodorów w oleju napędowym występuje również w benzynie i innych paliwach kopalnych. Podczas gdy paliwa kopalne mają wspólne węglowodory, jest to stosunek dużych do małych cząsteczek węglowodorów, które oddzielają paliwa kopalne. Istnieje wzór na mieszaninę węglowodorów w każdym paliwie kopalnym.
podobnie jest w przypadku oleju napędowego.
kategorie I klasy węglowodorów w oleju napędowym
cztery klasy węglowodorów należą do jednej z dwóch kategorii. Niezależnie od tego, do której z czterech klas a należy węglowodór, węglowodór jest albo węglowodorem nasyconym, albo węglowodorem nienasyconym. Stosunek węglowodorów nasyconych do węglowodorów nienasyconych jest różny w oleju napędowym.
ale stosunek wynosi zazwyczaj około czterech nasyconych węglowodorów do każdego nienasyconego węglowodoru.
w odniesieniu do klas węglowodorów, węglowodory w oleju napędowym należą do jednej z trzech kategorii: parafiny, aromaty i nafteny. Olefiny są bardzo rzadkie w oleju napędowym, ponieważ są rzadkie w ropie naftowej. „Olefiny rzadko występują w ropie naftowej; powstają w niektórych procesach rafineryjnych.”Jak wyjaśnia Dział zaawansowanych paliw silnikowych Energy Technology Network,” Olej napędowy składa się głównie z parafin, aromatów i naftenów. Olej napędowy zawiera węglowodory z około 12-20 atomami węgla, a Zakres wrzenia wynosi od 170 do 360 °C.”
czym są węglowodory nasycone-alkany
węglowodory nasycone stanowią większość węglowodorów w oleju napędowym. Około 75 procent węglowodorów w oleju napędowym to węglowodory nasycone. Podobnie jak istnieją różne rodzaje węglowodorów, istnieją różne rodzaje węglowodorów nasyconych lub alkanów.
różne rodzaje alkanów – nasycone węglowodory-mają różną liczbę atomów wodoru i atomów węgla. Różne alkany mają różne proporcje wodoru do węgla. Istnieją dwa rodzaje alkanów w oleju napędowym: parafiny i nafteny. „Parafiny i nafteny są klasyfikowane jako węglowodory nasycone, ponieważ nie można do nich dodać więcej wodoru bez zerwania szkieletu węgla.”
węglowodory parafinowe
normalne parafiny to cząsteczki jednołańcuchowe. Istnieje szkielet atomów węgla. Przyłączone do atomów węgla są od jednego do trzech atomów wodoru. „Normalne parafiny mają atomy węgla połączone, tworząc cząsteczki podobne do łańcucha, z każdym węglem – z wyjątkiem tych na końcach-połączonym z dwoma innymi, po jednym po obu stronach.”Ale podobnie jak w przypadku różnych paliw kopalnych, ponieważ istnieją różne rodzaje węglowodorów-nasycone i nienasycone – istnieją różne rodzaje parafin. Oprócz zwykłych parafin istnieją również izoparafiny.
Węglowodory izoparafinowe
Izoparafiny mają taki sam szkielet węglowy jak zwykłe parafiny. Jednak oprócz szkieletu atomów węgla, izoparafiny mają gałęzie węglowe. Implikacja jest taka, że inny węglowodór parafinowy może mieć taką samą liczbę atomów węgla i wodoru w łańcuchu, ale inną strukturę.
„Izoparafiny mają podobny szkielet węglowy, ale mają również jeden lub więcej węgli rozgałęziających się od szkieletu. Normalny Dekan i 2,4-dimetylooktan mają ten sam wzór chemiczny, C10H22, ale różne właściwości chemiczne i fizyczne. Związki takie jak ten, o tym samym wzorze chemicznym, ale innym układzie atomów, nazywane są izomerami strukturalnymi.”
węglowodory Cykloalkanowe (naftenowe)
oprócz cząsteczek jednołańcuchowych i cząsteczek łańcuchowych z gałęziami, węglowodory parafinowe również rozwijają się w łańcuchy, w których oba końce łączą się, tworząc pętlę. Węglowodory parafinowe, które są cykloalkanami lub naftenami.
i każdy typ alkanu może mieć dużą liczbę różnych typów.
„w standardowych warunkach temperatury i ciśnienia (STP) pierwsze cztery elementy serii alkanów (metan, etan, propan i Butan) są w postaci gazowej, a związki począwszy od C5H12 (pentan) do n-heptadekanu (C17H36) są cieczami (stanowiącymi duże frakcje węglowodorów występujące w paliwach ciekłych (np. benzyna, paliwo do silników odrzutowych i olej napędowy), podczas gdy n-oktadekan (C18H38) lub cięższe związki istnieją w izolacji jako woskowe ciała stałe w STP. Te cięższe parafiny są rozpuszczalne w lżejszych parafinach lub innych węglowodorach i można je znaleźć w oleju napędowym i olejach opałowych. Parafiny od C1 do C40 zwykle występują w ropie naftowej (cięższe alkany w ciekłym roztworze, a nie w postaci cząstek stałych) i stanowią do 20% objętości ropy naftowej.”
pozostałe składniki oleju napędowego to aromaty, nienasycone węglowodory.
czym są węglowodory nienasycone — aromaty — w olejach napędowych
aromaty to węglowodory nienasycone. Aromaty stanowią niealkany w oleju napędowym. „Oleje napędowe mają zawartość substancji aromatycznych w zakresie od 15 do 37% obj.”Istnieją trzy rodzaje aromatów: mono-aromatyczne, di-aromatyczne i tri-aromatyczne. Podczas gdy istnieją setki konkretnych rodzajów aromatów w oleju napędowym, istnieje tylko pół tuzina, która stanowi znaczną część współczesnego oleju napędowego.
najczęstsze aromaty w dieslu to:
- benzen
- toluen lub metylobenzen
- m-ksylen lub 1,3-dimetylobenzen
- etylobenzen
- propylobenzen
- Izopropylobenzen
zalety i wady substancji aromatycznych
aromaty odgrywają kluczową rolę w dwóch ważnych cechach oleju napędowego. Po pierwsze, im większa liczba aromatów, tym większa lepkość. Tak więc, im więcej aromatów w oleju napędowym, tym więcej płynów. Dodatkowo aromaty są lotnymi węglowodorami, co oznacza, że aromaty pomagają w rozruchach zimnej pogody w silniku Diesla. A im więcej aromatów, tym wyższa ocena cetanowa oleju napędowego. Ale są też wady substancji aromatycznych, szczególnie w odniesieniu do środowiska.
aromaty, po spaleniu, wytwarzają bardziej brudne emisje niż alkany. „Substancje aromatyczne mogą prowadzić do powstawania związków rakotwórczych w gazach spalinowych, takich jak benzen i związki poliaromatyczne. Olefiny w benzynie mogą prowadzić do wzrostu stężenia reaktywnych olefin w spalinach, z których niektóre są rakotwórcze, toksyczne lub mogą zwiększać potencjał ozonotwórczy.”
dobre vs złe węglowodory w oleju napędowym
olej napędowy nie jest „czystym” paliwem według tradycyjnego ekologa. Powodem jest pył zawieszony i smog związany ze spalaniem oleju napędowego. Jednak czarny dym wytwarzany przez silniki Diesla prawie nie różni się od dymu z kominów, wulkanów i pożarów lasów. Choć brzydki, czarny dym, że silniki Diesla w przeszłości produkowane były po prostu niespalone węglowodory.
prawdopodobnie najbardziej niebezpiecznymi emisjami z silników spalinowych są niewidoczne gazy znajdujące się w emisjach. Na przykład tlenek węgla jest wytwarzany w bardzo małych ilościach przez silniki wysokoprężne. Z drugiej strony, silniki benzynowe produkują znaczne ilości.
istnieje jeden powód-występowanie jednego węglowodoru nad drugim-który oddziela olej napędowy od innych paliw kopalnych: naftenów. „Nafteny są klasą cyklicznych węglowodorów alifatycznych lub po prostu Cykloalkanów.”Po prostu naftenami są alkany, które pętli. Oznacza to, że nafteny są bogate w energię i niezwykle gęste. Co ważniejsze, emisje naftenów nie są toksyczne.
podczas gdy wszystkie paliwa kopalne mają dużą liczbę parafin (alkanów) i aromatów, nie wszystkie paliwa kopalne mają duże ilości naftenów. Zamiast naftenów trzecim składnikiem paliw lekkich, takich jak benzyna i paliwa kopalne w stanie gazowym, są alkeny. Alkeny są toksyczne. Tak więc, na podstawowym poziomie, olej napędowy różni się od benzyny i innych lekkich paliw gazowych, ponieważ ma nafteny, cenne, nietoksyczne emisje wytwarzające węglowodory.
węglowodory Diesla w porównaniu z innymi paliwami kopalnymi
na szczęście „czyste” węglowodory to te same węglowodory o wysokiej gęstości energii. Podobnie te węglowodory, które są toksyczne dla ludzi i niszczą atmosferę i środowisko, są również tymi, które nie są gęste energetycznie. Podczas gdy olej napędowy ma problemy w odniesieniu do zanieczyszczenia emisjami, kwestie te nie są związane z węglowodorami. Podczas gdy siarka w zwykłym oleju napędowym jest toksyczna, olej napędowy o niskiej zawartości siarki jest znacznie mniej zanieczyszczający niż benzyna.
Olej napędowy ma wyższą zawartość alkanów niż benzyna i niższą zawartość aromatów. Dodatkowo Benzyna ma wysoką zawartość alkenów. Alkeny wytwarzają toksyczne emisje. Zamiast alkenów, olej napędowy zawiera nafteny, formę alkanów. Alkany są najczystszą klasą węglowodorów pod względem emisji. Nafteny mają najwyższą gęstość energetyczną ze wszystkich węglowodorów.
pod względem emisji węglowodorów olej napędowy jest najczystszym paliwem kopalnym.