„ce este în motorină?”este o întrebare cu două răspunsuri, una foarte scurtă și cealaltă foarte lungă. Răspunsul scurt este hidrocarburile. Hidrocarburile, după cum sugerează și numele, sunt molecule formate din legături de hidrogen și atom de carbon. Hidrocarburile sunt componentele fiecărui combustibil fosil – și biocombustibil-care le fac valoroase. Hidrocarburile sunt moleculele din combustibilii fosili și biocombustibili care se aprind, ard, ard, explodează etc.
la nivel molecular, combustibilii fosili sunt pur și simplu hidrocarburi și contaminanți. Biocombustibilii sunt hidrocarburi și la nivel elementar. Deci, motorina este pur și simplu o combinație de hidrocarburi diferite. Amestecul de hidrocarburi — raportul dintre diferitele hidrocarburi-face din motorină un combustibil fosil unic.
mai important decât a întreba ce este în motorină este să întrebi ce hidrocarburi sunt în motorină și în ce combinație.
clasele de hidrocarburi determină tipurile de combustibili fosili și biocombustibili
la fel cum există diferite tipuri de combustibili fosili și biocombustibili, există diferite categorii, clase și tipuri de hidrocarburi. Categoriile, clasele și tipurile de hidrocarburi determină tipul de combustibil-motorină, benzină, gaz natural, kerosen etc. – precum și diferitele tipuri de biocombustibili.
există două categorii de hidrocarburi pe bază de combustibili fosili: saturate și nesaturate. Și, există patru tipuri de clase de hidrocarburi, două în categoria saturată și două în categoria nesaturată. Chevron.com lucrarea tehnică a combustibililor Diesel revizuirea tehnică prezintă patru clase: „există patru clase majore de hidrocarburi: parafine, naftene, olefine și aromatice. Fiecare clasă este o familie de molecule individuale de hidrocarburi care au o caracteristică structurală comună, dar diferă ca mărime (număr de atomi de carbon) sau geometrie. Clasele diferă, de asemenea, în raportul dintre hidrogen și atomii de carbon și în modul în care atomii de carbon sunt legați unul de celălalt.”
olefinele — cunoscute și sub numele de alchene — și aromatice sunt hidrocarburi nesaturate. Alcanii sunt singurele hidrocarburi saturate care apar în mod natural în țiței.
caracteristicile claselor de hidrocarburi
molecule mari de hidrocarburi și lanțuri lungi și complexe de molecule de hidrocarburi echivalează cu o densitate mai mare a combustibilului. Densitatea combustibilului este cantitatea de energie din fiecare volum de combustibil, cantitatea de energie dintr-un galon sau litru de motorină, de exemplu. Combustibili ușori precum benzina și combustibilii în stare de gaz — gaz natural (metan), propan etc. – constau din molecule mici de hidrocarburi și lanțuri scurte de molecule. Drept urmare, combustibilii ușori au densități reduse de energie.
hidrocarburile mari și lanțurile lungi de molecule de hidrocarburi cuprind majoritatea hidrocarburilor în combustibili grei, cum ar fi motorina, motorina și combustibilul de buncăr (ulei rezidual). Acest lucru se datorează faptului că moleculele mari de hidrocarburi și lanțurile moleculare au o densitate mare de energie. Pe lângă dimensiunea și lungimea moleculelor de hidrocarburi, raporturile carbon-hidrogen joacă un rol în densitate. Numărul de atomi de carbon în raport cu atomii de hidrogen determină greutatea și densitatea unui combustibil. Cu cât este mai mare numărul de atomi de carbon — sau cu cât sunt mai puțini atomii de hidrogen — în raportul carbon-hidrogen al unei molecule, cu atât combustibilul este mai dens din punct de vedere energetic.
hidrocarburile cu raporturi ridicate hidrogen-carbon sunt mai ușoare decât hidrocarburile cu raporturi mai mari carbon-hidrogen. Motivul fiind că hidrogenul este cel mai ușor element de pe Pământ. Rezultă, așadar, că combustibilii fosili în stare gazoasă, cum ar fi propanul și gazul natural (metanul)-care au un număr ridicat de hidrogen — carbon-sunt extrem de ușori. La capătul opus al spectrului, combustibilii fosili groși și grei, cum ar fi motorina și păcura, au un conținut ridicat de carbon.
cu cât raportul carbon-hidrogen este mai mare, cu atât densitatea unui combustibil este mai mare.
hidrocarburile și densitatea combustibilului
densitatea energetică afectează totul, de la kilometrajul de gaz și emisiile la Durata de viață a motorului. Kilometrajul de gaz, emisiile — poluarea — și uzura unui motor sunt produse de dimensiunea moleculei de hidrocarburi și lungimea lanțului moleculei de hidrocarburi.
cu cât raportul carbon-hidrogen este mai mare, cu atât mai multă energie într-un combustibil și mai curat arde combustibilul. De exemplu, densitatea energetică a unui galon de benzină este considerabil mai mică decât densitatea energetică a unui galon de motorină. „Motorina și benzina au aproximativ aceeași energie pe unitate de masă (valoare de încălzire mai mică, aproximativ 41 MJ/kg). Densitatea motorinei este de aproximativ 833 kg / m3, comparativ cu 740 kg/m3 pentru benzină. Acest lucru oferă motorinei o densitate de energie cu aproximativ 13% mai mare pe volum”, potrivit StackExchange.com.
ca urmare — cel puțin parțial — motoarele diesel sunt cu 25-35% mai eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil decât omologii lor pe benzină și durează de două până la trei ori mai mult.
patru clase de hidrocarburi
din nou, există doar patru clase de hidrocarburi: parafine, naftene, olefine și aromatice. Deoarece există doar patru clase de hidrocarburi, în mod necesar, asta înseamnă că hidrocarburile din combustibilii fosili se încadrează într-una din cele patru clase. Cu toate acestea, există sute de tipuri diferite de hidrocarburi în motorină, precum și orice alt tip de combustibil fosil.
numai motorina conține mai mult de 500 de tipuri diferite de hidrocarburi. Și, multe dintre hidrocarburile din motorină există și în benzină și alți combustibili fosili. În timp ce combustibilii fosili au hidrocarburi în comun, raportul dintre moleculele de hidrocarburi mari și mici separă combustibilii fosili. Există o formulă pentru amestecul de hidrocarburi în fiecare combustibil fosil.
de asemenea, există formula hidrocarburilor pentru motorină.
categorii și clase de hidrocarburi în motorină
cele patru clase de hidrocarburi se încadrează în una din cele două categorii. Indiferent de care dintre cele patru clase se încadrează o hidrocarbură, o hidrocarbură este fie o hidrocarbură saturată, fie o hidrocarbură nesaturată. Raportul dintre hidrocarburile saturate și hidrocarburile nesaturate variază în motorină.
dar, raportul este de obicei în jur de patru hidrocarburi saturate la fiecare hidrocarbură nesaturată.
în ceea ce privește clasele de hidrocarburi, hidrocarburile din motorină se încadrează în una din cele trei categorii: parafine, aromatice și naftene. Olefinele sunt foarte puțin frecvente în motorină, deoarece sunt mai puțin frecvente în țiței. „Olefinele apar rar în țiței; sunt formate prin anumite procese de rafinărie.”După cum explică Departamentul de combustibili avansați al rețelei de Tehnologie energetică,” motorina constă în principal din parafine, aromatice și naftene. Motorina conține hidrocarburi cu aproximativ 12-20 de atomi de carbon, iar intervalul de fierbere este cuprins între 170 și 360 de grade C.”
ce hidrocarburi saturate — alcani — sunt
hidrocarburile saturate constituie majoritatea hidrocarburilor din motorină. Aproximativ 75% din hidrocarburile din motorină sunt hidrocarburi saturate. Ca și cum există diferite tipuri de hidrocarburi, există diferite tipuri de hidrocarburi saturate sau alcani.
diferite tipuri de alcani — hidrocarburi saturate — au un număr diferit de atomi de hidrogen și atomi de carbon. Și, diferiți alcani au diferite raporturi hidrogen-carbon. Există două tipuri de alcani în motorină: parafine și naftene. „Parafinele și naftenele sunt clasificate ca hidrocarburi saturate, deoarece nu li se mai poate adăuga hidrogen fără a rupe coloana vertebrală a carbonului.”
hidrocarburi parafinice
parafinele normale sunt molecule cu un singur lanț. Există o coloană vertebrală de atomi de carbon. Atașat la atomii de carbon sunt între unul și trei atomi de hidrogen. „Parafinele normale au atomi de carbon legați pentru a forma molecule asemănătoare lanțului, fiecare carbon-cu excepția celor de la capete – fiind legat de alți doi, unul pe ambele părți.”Dar, asemănător cu faptul că există combustibili fosili diferiți, deoarece există diferite tipuri de hidrocarburi — saturate și nesaturate — există diferite tipuri de parafine. În plus față de parafinele normale, există și izoparafine.
hidrocarburile Izoparafinice
Izoparafinele au aceeași coloană de carbon ca parafinele normale. Cu toate acestea, pe lângă coloana vertebrală a atomilor de carbon, izoparafinele au ramuri de carbon. Implicația este că o hidrocarbură parafină diferită poate avea același număr de atomi de carbon și hidrogen într-un lanț, dar o structură diferită.
„Izoparafinele au o coloană vertebrală de carbon similară, dar au și unul sau mai mulți atomi de carbon care se ramifică din coloana vertebrală. Decanul Normal și 2,4-dimetiloctanul au aceeași formulă chimică, C10H22, dar proprietăți chimice și fizice diferite. Compuși ca acesta, cu aceeași formulă chimică, dar cu un aranjament diferit de atomi, se numesc izomeri structurali.”
hidrocarburi Cicloalkane (Naftene)
pe lângă moleculele cu un singur lanț și moleculele de lanț cu ramuri, hidrocarburile parafinice se dezvoltă și în lanțuri în care cele două capete se leagă pentru a face o buclă. Hidrocarburile parafinice care buclă sunt cicloalcani sau naftene.
și, fiecare tip de alcan poate avea un număr mare de tipuri diferite.
„în condiții standard de temperatură și presiune (STP), primii patru membri ai seriei de alcani (metan, etan, propan și butan) sunt în formă gazoasă, iar compușii începând de la C5H12 (pentan) la n-heptadecan (C17H36) sunt lichide (constituind fracțiuni mari de hidrocarburi găsite în combustibilii lichizi (de exemplu, benzină, combustibil pentru avioane și motorină), în timp ce n-octadecan (C18H38) compușii mai grei există izolat ca solide asemănătoare ceară la STP. Aceste parafine mai grele sunt solubile în parafine mai ușoare sau alte hidrocarburi și pot fi găsite în motorină și păcură. Parafinele de la C1 la C40 apar de obicei în țiței (alcani mai grei în soluție lichidă, nu ca particule solide) și reprezintă până la 20% din țiței în volum.”
componentele rămase ale motorinei sunt aromatice, hidrocarburi nesaturate.
ce hidrocarburi nesaturate — aromatice — sunt în motorină
aromatice sunt hidrocarburi nesaturate. Aromatice constituie non-alcani în motorină. „Combustibilii Diesel au conținut aromatice în intervalul 15-37% volum.”Există trei tipuri de aromatice: mono-aromatice, di-aromatice și tri-aromatice. Deși există sute de tipuri specifice de aromatice în motorină, există doar o jumătate de duzină care constituie o mare parte din motorina contemporană.
cele mai frecvente aromatice din motorină sunt:
- benzen
- Toluen sau metilbenzen
- m-xilen sau 1,3-dimetilbenzen
- etilbenzen
- propil benzen
- izopropilbenzen
beneficiile și dezavantajele aromatice
Aromaticele joacă un rol crucial în două calități importante ale motorinei. În primul rând, cu cât este mai mare numărul de aromatice, cu atât este mai mare vâscozitatea. Deci, cu cât sunt mai aromate în motorină, cu atât este mai fluid. În plus, aromatice sunt hidrocarburi volatile, ceea ce înseamnă aromatice ajuta cu motor diesel vreme rece începe. Și, cu cât sunt mai aromate, cu atât este mai mare ratingul cetanic al unui motorină. Dar, există și dezavantaje ale aromelor, în special în ceea ce privește mediul.
Aromaticele, atunci când sunt arse, produc emisii mai murdare decât generează alcanii. „Aromaticele pot duce la compuși cancerigeni în gazele de eșapament, cum ar fi benzenul și compușii poliaromatici. Olefinele din benzină pot duce la o creștere a concentrației de olefine reactive în gazele de eșapament, dintre care unele sunt cancerigene, toxice sau pot crește potențialul de formare a ozonului.”
hidrocarburi bune Vs rele în motorină
motorina nu este un combustibil” curat ” conform ecologistului tradițional. Motivul fiind, pulberi în suspensie, și smog asociate cu arderea diesel. Cu toate acestea, fumul negru produs de motoarele diesel este cu greu diferit de fumul de la coșuri, vulcani și incendii forestiere. În timp ce era urât, fumul negru pe care îl produceau motoarele diesel din trecut era pur și simplu hidrocarburi nearse.
se poate argumenta că cele mai periculoase emisii de la motoarele cu combustie sunt gazele invizibile găsite în emisii. Monoxidul de Carbon, de exemplu, este produs în cantități extrem de mici de motoarele diesel. Pe de altă parte, motoarele pe benzină produc cantități semnificative.
există un motiv — prevalența unei hidrocarburi față de alta — care separă motorina de alți combustibili fosili: naftenele. „Naftenele sunt o clasă de hidrocarburi alifatice ciclice sau pur și simplu cicloalcani.”Pur și simplu, naftenele sunt alcani care se buclează. Asta înseamnă că naftenele sunt bogate în energie și extrem de dense. Mai important, emisiile de naftene nu sunt toxice.
în timp ce toți combustibilii fosili au un număr mare de parafine (alcani) și aromatice, nu toți combustibilii fosili au cantități mari de naftene. În loc de naftene, a treia componentă din combustibilii ușori, cum ar fi benzina și combustibilii fosili în stare de gaz, sunt alchenele. Alchenele sunt toxice. Deci, la un nivel fundamental, motorina este diferită de benzină și alți combustibili ușori în stare de gaz, deoarece are naftene, emisii valoroase, netoxice care produc hidrocarburi.
hidrocarburi Diesel în comparație cu cele ale altor combustibili fosili
din fericire, hidrocarburile care sunt „curate” sunt aceleași hidrocarburi care au o densitate energetică ridicată. La fel, acele hidrocarburi care sunt toxice pentru oameni și dăunează atmosferei și mediului sunt, de asemenea, cele care nu sunt dense din punct de vedere energetic. În timp ce motorina are probleme cu privire la poluarea emisiilor, aceste probleme nu sunt legate de hidrocarburi. În timp ce sulful din motorina obișnuită este toxic, motorina cu conținut scăzut de sulf este considerabil mai puțin poluantă decât benzina.
motorina are un conținut mai mare de alcani decât benzina și un conținut mai mic de substanțe aromatice. În plus, benzina are un conținut ridicat de alchene. Alchenele produc emisii toxice. Mai degrabă decât alchene, motorina conține naftene, o formă de alcani. Alcanii sunt cea mai curată clasă de hidrocarburi în ceea ce privește emisiile. Și, naftenele au cea mai mare densitate energetică a tuturor hidrocarburilor.
în ceea ce privește emisiile de hidrocarburi, motorina este cel mai curat combustibil fosil.