” vad finns i diesel?”är en fråga med två svar, en mycket kort och den andra mycket lång. Det korta svaret är kolväten. Kolväten, som namnet antyder, är molekyler gjorda av väte-och kolatombindningar. Kolväten är komponenterna i varje fossilt bränsle — och biobränsle — som gör dem värdefulla. Kolväten är molekylerna i fossila bränslen och biobränslen som antänds, förbränns, brinner, exploderar etc.
på molekylär nivå är fossila bränslen helt enkelt kolväten och föroreningar. Biobränslen är också kolväten på elementär nivå. Så, diesel är helt enkelt en kombination av olika kolväten. Det är blandningen av kolväten — förhållandet mellan de olika kolvätena — som gör diesel till ett unikt fossilt bränsle.
viktigare än att fråga vad som finns i diesel är att fråga vilka kolväten som finns i diesel och i vilken kombination.
Kolväteklasser bestämmer fossila bränslen och Biobränsletyper
precis som det finns olika typer av fossila bränslen och biobränslen finns det olika kategorier, klasser och typer av kolväten. Kategorierna, klasserna och typerna av kolväten bestämmer bränsletypen — diesel, bensin, naturgas, fotogen etc. – liksom de olika typerna av biobränslen.
det finns två kategorier av fossila kolväten: mättade och omättade. Och det finns fyra typer av kolväteklasser, två i den mättade kategorin och två i den omättade kategorin. Chevron.com ”s technical paper Diesel Fuels Technical Review beskriver fyra klasser,” det finns fyra huvudklasser av kolväten: paraffiner, naftener, olefiner, och aromater. Varje klass är en familj av enskilda kolvätemolekyler som delar en gemensam strukturell egenskap men skiljer sig åt i storlek (antal kolatomer) eller geometri. Klasserna skiljer sig också i förhållandet mellan väte och kolatomer och i hur kolatomerna är bundna till varandra.”
olefiner — även kända som alkener — och aromater är omättade kolväten. Alkaner är de enda mättade kolväten som förekommer naturligt i råolja.
egenskaper hos Kolväteklasser
stora kolvätemolekyler och långa och komplexa kolvätemolekylkedjor motsvarar större bränsletäthet. Bränsledensitet är mängden energi i varje volym bränsle, mängden energi i en gallon eller liter diesel, till exempel. Lätta bränslen som bensin och gas-Statliga bränslen — naturgas (metan), propan, etc. – består av små kolvätemolekyler och korta molekylkedjor. Som ett resultat har lätta bränslen låg energitäthet.
stora kolväten och långa kolvätemolekylkedjor består av de flesta kolväten i tunga bränslen som diesel, dieselbränsle och bunkerbränsle (restolja). Det beror på att stora kolvätemolekyler och molekylkedjor har hög energitäthet. Förutom storleken och längden på kolvätemolekyler spelar kol-till-väteförhållanden en roll i densitet. Antalet kolatomer i förhållande till väteatomer bestämmer ett bränsles vikt och densitet. Ju större antal kolatomer-eller Ju färre väteatomer-i en molekyls kol-till-väte-förhållande, desto mer energität är bränslet.
kolväten med höga väte-till-kol-förhållanden är lättare än kolväten med högre kol-till-väte-förhållanden. Anledningen är att väte är det lättaste elementet på jorden. Det följer därför att Gas-Statliga fossila bränslen som propan och naturgas (metan) — som har höga väte-till-kol — tal-är extremt lätta. I den motsatta änden av spektrumet har tjocka och tunga fossila bränslen som diesel och eldningsolja hög kolhalt.
ju större förhållandet mellan kol och väte är, desto större är densiteten hos ett bränsle.
kolväten och Bränsletäthet
energitäthet påverkar allt från gassträcka och utsläpp till motorlivslängd. Gas körsträcka, utsläpp-föroreningar-och slitage på en motor är produkter av kolväte molekylstorlek och kolväte molekyl kedjelängd.
ju högre kol-till-väte-förhållande, desto mer energi i ett bränsle och renare brinner bränslet. Till exempel är energitätheten hos en gallon bensin betydligt mindre än energitätheten hos en gallon diesel. ”Diesel och bensin har ungefär samma energi per massenhet (lägre värmevärde, cirka 41 MJ/kg). Tätheten av diesel är ca 833 kg / m3 jämfört med 740 kg/m3 för bensin. Detta ger diesel cirka 13% högre energitäthet per volym, ” enligt StackExchange.com.
som ett resultat — åtminstone delvis — är dieselmotorer mellan 25 och 35 procent mer bränsleeffektiva än sina motsvarigheter i bensinmotorn och varar två till tre gånger så länge.
fyra klasser av kolväten
återigen finns det bara fyra kolväteklasser: paraffiner, naftener, olefiner och aromater. Eftersom det bara finns fyra klasser av kolväten, betyder det nödvändigtvis att kolväten i fossila bränslen faller inom en av de fyra klasserna. Det finns dock hundratals olika kolvätetyper i diesel liksom alla andra typer av fossilt bränsle.
Diesel ensam innehåller mer än 500 olika typer av kolväten. Och många av kolvätena i diesel finns också i bensin och andra fossila bränslen. Medan fossila bränslen har kolväten gemensamt är det förhållandet mellan stora och små kolvätemolekyler som separerar fossila bränslen. Det finns en formel för kolväteblandningen i varje fossilt bränsle.
på samma sätt finns det kolväteformel för diesel.
kategorier och klasser av kolväten i Diesel
de fyra klasserna av kolväten delas in i en av två kategorier. Oavsett vilken av de fyra klasserna ett kolväte faller under, är ett kolväte antingen ett mättat kolväte eller ett omättat kolväte. Förhållandet mellan mättade kolväten och omättade kolväten varierar i diesel.
men förhållandet är typiskt runt fyra mättade kolväten till varje omättat kolväte.
när det gäller kolväteklasser faller kolväten i diesel under en av tre kategorier: paraffiner, aromater och naftener. Olefiner är mycket ovanliga i dieselbränsle eftersom de är ovanliga i råolja. ”Olefiner förekommer sällan i råolja; de bildas av vissa raffinaderiprocesser.”Som Energitekniknätverkets avdelning för avancerade motorbränslen förklarar,” består dieselbränsle huvudsakligen av paraffiner, aromater och naftener. Dieselbränsle innehåller kolväten med cirka 12-20 kolatomer och kokningsområdet är mellan 170 och 360 kcal C.”
vilka mättade kolväten — alkaner — är
mättade kolväten utgör majoriteten av kolvätena i dieselbränsle. Cirka 75 procent av kolvätena i diesel är mättade kolväten. Liksom det finns olika typer av kolväten finns det olika typer av mättade kolväten eller alkaner.
olika typer av alkaner — mättade kolväten — har olika antal väteatomer och kolatomer. Och olika alkaner har olika väte-till-kol-förhållanden. Det finns två typer av alkaner i dieselbränsle: paraffiner och naftener. ”Paraffiner och naftener klassificeras som mättade kolväten eftersom inget mer väte kan tillsättas till dem utan att bryta kolstammen.”
Paraffinkolväten
normala paraffiner är enkelkedjiga molekyler. Det finns en ryggrad av kolatomer. Bifogat till kolatomerna är mellan en och tre väteatomer. ”Normala paraffiner har kolatomer kopplade till att bilda kedjeliknande molekyler, med varje kol-utom de i ändarna – bundna till två andra, en på vardera sidan.”Men i likhet med det faktum att det finns olika fossila bränslen eftersom det finns olika typer av kolväten — mättade och omättade — det finns olika typer av paraffiner. Förutom normala paraffiner finns det också isoparaffiner.
Isoparaffinkolväten
Isoparaffiner har samma kol-ryggrad som vanliga paraffiner. Men förutom ryggraden i kolatomer har isoparaffiner kolgrenar. Implikationen är att ett annat paraffinkolväte kan ha samma antal kol-och väteatomer i en kedja, men en annan struktur.
”Isoparaffiner har en liknande kol-ryggrad, men de har också ett eller flera kol som förgrenar sig från ryggraden. Normal dekan och 2,4-dimetyloktan har samma kemiska formel, C10H22, men olika kemiska och fysikaliska egenskaper. Föreningar som denna, med samma kemiska formel men ett annat arrangemang av atomer, kallas strukturella isomerer.”
Cykloalkankolväten (Naftener)
förutom enkelkedjiga molekyler och kedjemolekyler med grenar utvecklas paraffinkolväten också till kedjor där de två ändarna binds för att skapa en slinga. Paraffinkolväten som slingrar är cykloalkaner eller naftener.
och varje alkantyp kan ha ett stort antal olika typer.
”under normala förhållanden för temperatur och tryck (STP) är de första fyra medlemmarna i alkanserien (metan, etan, propan och butan) i gasform och föreningar som börjar från C5H12 (pentan) till n-heptadekan (C17H36) är vätskor (som utgör stora fraktioner av kolväten som finns i flytande bränslen (t.ex. bensin, flygbränsle och dieselbränsle), medan n-oktadekan (C18H38) eller tyngre föreningar finns isolerat som vaxliknande fasta ämnen vid STP. Dessa tyngre paraffiner är lösliga i lättare paraffiner eller andra kolväten och finns i dieselbränsle och brännoljor. Paraffiner från C1 till C40 förekommer vanligtvis i råolja (tyngre alkaner i flytande lösning, inte som fasta partiklar) och representerar upp till 20 volymprocent råolja.”
de återstående komponenterna i dieselbränsle är aromater, omättade kolväten.
vilka omättade kolväten — aromater — finns i Diesel
aromater är omättade kolväten. Aromater utgör icke-alkaner i dieselbränsle. ”Dieselbränslen har aromater innehåll i intervallet 15 till 37% volym.”Det finns tre typer av aromater: mono-aromater, di-aromater och tri-aromater. Medan det finns hundratals specifika typer av aromater i diesel, finns det bara ett halvt dussin som utgör en stor del av modern diesel.
de vanligaste aromerna i diesel är:
- bensen
- Toluen eller metylbensen
- m-xylen eller 1,3-dimetylbensen
- etylbensen
- Propylbensen
- Isopropylbensen
fördelar och nackdelar med aromater
aromater spelar en avgörande roll i två viktiga egenskaper hos diesel. För det första, Ju större antal aromater desto större viskositet. Så ju mer aromater i diesel desto mer vätska är det. Dessutom aromater är flyktiga kolväten vilket innebär aromater hjälp med dieselmotor kallt väder startar. Och ju mer aromater, desto högre är cetanvärdet för ett dieselbränsle. Men det finns också nackdelar med aromater, särskilt med avseende på miljön.
aromater, när de förbränns, producerar smutsigare utsläpp än alkaner genererar. ”Aromater kan leda till cancerframkallande föreningar i avgaser, såsom bensen och polyaromatiska föreningar. Olefiner i bensin kan leda till en ökning av koncentrationen av reaktiva olefiner i avgaser, varav några är cancerframkallande, giftiga eller kan öka ozonbildningspotentialen.”
bra Vs dåliga kolväten i Diesel
dieselbränsle är inte ett ”rent” bränsle enligt traditionell miljöaktivist. Anledningen är att partikelformiga ämnen och smog i samband med brinnande diesel. Den svarta röken som produceras av dieselmotorer är dock knappast annorlunda än röken från skorstenar, vulkaner och skogsbränder. Medan ful, Den svarta röken som tidigare dieselmotorer producerade var helt enkelt oförbrända kolväten.
förmodligen är de farligaste utsläppen från förbränningsmotorer de osynliga gaserna som finns i utsläpp. Kolmonoxid produceras till exempel i extremt låga mängder av dieselmotorer. Å andra sidan producerar bensinmotorer betydande mängder.
det finns en anledning — förekomsten av ett kolväte över en annan — som skiljer diesel från andra fossila bränslen: naftener. ”Naftener är en klass av cykliska alifatiska kolväten eller helt enkelt cykloalkaner.”Naftener är helt enkelt alkaner som slingrar. Det betyder att naftener är energirika och extremt täta. Ännu viktigare är att utsläppen från naftener inte är giftiga.
medan alla fossila bränslen har ett stort antal paraffiner (alkaner) och aromater, har inte alla fossila bränslen stora mängder naftener. I stället för naftener är den tredje komponenten i lätta bränslen som bensin och gas-Statliga fossila bränslen alkener. Alkener är giftiga. Så på en grundläggande nivå är diesel annorlunda än bensin och andra lätta gasstatsbränslen eftersom det har naftener, värdefulla, giftfria utsläpp som producerar kolväte.
Dieselkolväten jämfört med andra fossila bränslen
lyckligtvis är kolväten som är ”rena” samma kolväten som har hög energitäthet. På samma sätt är de kolväten som är giftiga för människor och skadar atmosfären och miljön också de som inte är energitäta. Medan diesel har problem med utsläppsföroreningar är dessa frågor inte kolväterelaterade. Medan svavel i vanlig diesel är giftig, är låg svaveldiesel betydligt mindre förorenande än bensin.
Diesel har en högre alkanhalt än bensin och en lägre aromathalt. Dessutom har bensin ett högt alkeninnehåll. Alkener producerar giftiga utsläpp. I stället för alkener innehåller diesel naftener, en form av alkaner. Alkaner är den renaste klassen kolväten med avseende på utsläpp. Och naftener har den högsta energitätheten av alla kolväten.
när det gäller kolväteutsläpp är diesel det renaste fossila bränslet.