Die Chemie des Dieselkraftstoffs

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Die Chemie des Dieselkraftstoffs

• Dieselkraftstoff ist ein flüssiger Kraftstoff, der aus einem Nebenprodukt des Erdöls hergestellt wird. Ursprünglich sollte Dieselkraftstoff aus Kohlenstaub bestehen, aber 1895 entdeckte Rudolf Diesel die Verwendung von Erdölnebenprodukten als Flüssigkraftstoff in Dieselmotoren. Ein allgemein bekanntes Beispiel für Dieselmotoren sind Schulbusse, Baumaschinen und Linienbusse. Er wird auch in Lastwagen, Zügen, Booten, Militärfahrzeugen und sogar in Generatoren verwendet. Das Militär verwendet Dieselmotoren gerne, weil sie weniger entflammbar sind und im Gegensatz zu Benzinmotoren weniger zum Abwürgen neigen. Dieselmotoren sind auch in der Lage, ein höheres Drehmoment zu erzeugen als Benzinmotoren.
• Ich habe mich für die Chemie des Dieselkraftstoffs entschieden, weil Diesel einen großen Einfluss auf Amerika hat. Fast alle Bau-, Militär- und wichtigen Transportfahrzeuge werden mit Dieselkraftstoff angetrieben, etwa 94 % des Güterverkehrs werden mit Diesel betrieben. Sie sind sparsamer im Verbrauch und haben eine unschlagbare Zuverlässigkeit. Ich habe auch ein starkes Interesse an Dieselkraftstoff.
• Dieselkraftstoff ist etwas, das in meinem Leben jeden Tag vorkommt. Denn ich interessiere mich sehr dafür und besitze selbst einen Diesel, fahre also jeden Tag ein Fahrzeug, das mit Dieselkraftstoff betrieben wird. Außerdem liebe ich es, zu forschen und mehr über Diesel zu lernen und an meinem LKW zu arbeiten.

Zusammensetzung von …

• Rohöl
  • Kohlenwasserstoffe (Wasserstoff und Sauerstoff)
    • Paraffine (ungefähr 75%)
      • Kohlenstoffatome, die sich verbinden und kettenartige Moleküle bilden.
        • N-Paraffine
        • Isoparaffine
        • Von C10H22 bis C20H42
    • Aromaten (ca. 25 %)
      • Ähnlich wie bei den Naphthenen entsteht eine ringförmige Struktur, aber sie sind durch aromatische (Doppel-)Bindungen anstelle von Einfachbindungen verbunden.
      • C10H8 – C20H34
• Schwefel
• Stickstoff

Hauptchemikalien, Verbindungen, Bestandteile

• Paraffine
  • Es gibt zwei Arten von Paraffinen: N (normale) Paraffine und Isoparaffine. N-Paraffine haben Kohlenstoffatome, die kettenartige Moleküle bilden. Isoparaffine ähneln den N-Paraffinen mit dem Unterschied, dass sie Ableger oder Verzweigungen von Kohlenstoffen in der Kette haben. Es wurde erstmals 1867 kommerziell hergestellt. Paraffin ist bekannt für sein farbloses oder weißes Aussehen, wenn es fest ist; wenn es jedoch flüssig ist, wird es meist durchscheinend. Sein Schmelzpunkt liegt zwischen 120 und 150° F. Es gibt jedoch nicht nur eine Art von Paraffin, gängige Arten von Paraffinen in Dieselkraftstoff sind: Decan, n-Pentadecan, Methyltetradecan, Eicosan und Methylnonadecan. Da Paraffine eine gerade Molekularstruktur haben, sind sie der Hauptgrund dafür, dass Dieselkraftstoff irgendwann in einen festen Zustand übergeht, ein Prozess, der als Gelierung bekannt ist und ein großes Problem für Dieselmotoren darstellt. Bei 32° F beginnt das Paraffin im Kraftstoff zu trüben, und bei 15 bis 10° F beginnt es zu „gelieren“ und macht einen Dieselmotor unfähig zu laufen. Kerosin kann dem Kraftstoff vorher zugesetzt werden, wodurch die Viskosität des Kraftstoffs verringert wird und er viel weniger zum Gelieren neigt.
• Aromaten
  • Aromaten bilden mit einigen ihrer Kohlenstoffatome eine ringförmige Struktur. Aromatische Kohlenwasserstoffringe werden mit 6 Kohlenstoffatomen gebildet. In ihrer Ringstruktur wechseln sich Einfach- und Doppelbindungen ab. Eine andere Art von aromatischem Kohlenwasserstoff ist ein polyzyklischer Aromat. Polyzyklische Aromaten sind, einfach ausgedrückt, aromatische Verbindungen mit zwei oder mehr aromatischen Ringen. Die einfachste aller aromatischen Verbindungen ist Benzol mit einer chemischen Zusammensetzung von C6H6. Der Name rührt daher, dass die aromatischen Verbindungen einen sehr starken Geruch haben. Aromatische Verbindungen werden verwendet, um öl- oder fettbasierte Verbindungen zu verdünnen, was erklärt, warum Kerosin und andere Verbindungen dem Dieselkraftstoff zugesetzt werden können, um die Viskosität des Dieselkraftstoffs zu verändern und ihn weniger anfällig für Gelierung zu machen. Häufig vorkommende Verbindungen in Dieselkraftstoff sind: Naphthalin, Tetralin, Anthracen und Tetradecylbenzol.

Die Rolle der Chemie

Keine der Komponenten in Dieselkraftstoff werden einzeln hergestellt. Man könnte Dieselkraftstoff als etwas ansehen, das in der Natur vorkommt, da es aus der Erde (Erdöl) gewonnen wird, aber das Endprodukt, Dieselkraftstoff, ist ein vom Menschen hergestelltes Produkt. Das aus der Erde gewonnene Rohöl wird in einen Destillationsturm gegeben und dort auf über 400 °C erhitzt. Damit beginnt ein Prozess, der als Trennung bezeichnet wird und bei dem verschiedene Komponenten mit unterschiedlichen Siedetemperaturen voneinander getrennt werden. Mit zunehmender Höhe des Destillationsturms wird die Siedetemperatur kühler und der Raffinationsprozess langwieriger. Am unteren Ende des Turms entsteht Dieselkraftstoff, dann folgen Kerosin, Benzin, Butan und Propan. Diese Verbindungen werden dann von einer Destillationsplatte aufgefangen, die diese Verbindung abnimmt und in einem Lagertank speichert. Die Chemie spielt bei diesem Prozess eine große Rolle, denn die Wissenschaftler müssen die chemische Zusammensetzung jedes Gemischs kennen (z. B. wie viele Wasserstoff- und Kohlenstoffatome in jeder Verbindung enthalten sind), das bei jedem Siedepunkt getrennt wird. Sie müssen wissen, wo sie die Destillationsplatten im Turm anbringen müssen, um jede Verbindung effektiv und effizient aufzufangen.

Hintergrundforschung

Die offensichtlichsten Unterschiede von Diesel sind seine physikalischen Eigenschaften. Dieselkraftstoff wird manchmal als „Dieselöl“ bezeichnet, weil er so ölig ist, anders riecht, schwerer und öliger ist, viel langsamer verdampft als Benzin und einen höheren Schmelzpunkt von 200 bis 380 °C hat. Chemisch gesehen enthält Dieselkraftstoff mehr Kohlenstoffatome als Benzin. Bei Benzin handelt es sich in der Regel um C9H20 und bei Dieselkraftstoff um C12H23.

• Wie wird er hergestellt?
  • Rohöl wird in einen Destillationsturm gegeben und die Flüssigkeit wird dann auf über 400°C erhitzt.
  • Wenn die Flüssigkeit anfängt, sich zu erhitzen, beginnen sich verschiedene Ketten von Wasserstoff- und Kohlenstoffatomen (Kohlenwasserstoffe) zu trennen.
  • Dieselkraftstoff beginnt zwischen Temperaturen von 200°C und 380°C zu entstehen. Dieser wird auf Destillationsplatten aufgefangen und in einen Dieseltank abgeleitet.
• Warum Diesel?
  • Dieselkraftstoff ist billiger in der Herstellung, da der Raffinierungsprozess bei der Herstellung weniger aufwändig ist.
    • Doch ist Dieselkraftstoff aufgrund der Nachfrage derzeit teurer.
  • Dieselkraftstoff hat auch eine höhere Energiedichte als Benzin.
    • 14% mehr Energie als Benzin nach Volumen.
  • Dieselmotoren sind im Durchschnitt 20 bis 30% effizienter als Benzinmotoren.

Ressourcen

• https://www.dieselnet.com/tech/fuel_diesel.php
  • Ein wenig Geschichte hinter dem Diesel, Wege des Raffinierungsprozesses, Eigenschaften von Diesel und was der Kraftstoff ist.
• http://www.eia.gov/Energyexplained/index.cfm?page=diesel_use
  • Wofür Diesel verwendet wird.
    • Lastkraftwagen
    • Militärfahrzeuge
    • Transport
    • Generatoren
• http://auto.howstuffworks.com/diesel3.htm
  • Eigenschaften von Dieselkraftstoff gegenüber Benzin.
    • Wirkungsgrad
    • Physikalische Eigenschaften
    • Chemische Eigenschaften
• http://www.kendrickoil.com/how-is-diesel-fuel-made-from-crude-oil/
  • Der Prozess der Dieselherstellung und woraus er besteht.
    • Rohöl
    • Destillationsverfahren
• http://www.newworldencyclopedia.org/entry/Diesel
  • Chemische Eigenschaften und Zusammensetzung von Dieselkraftstoff.
• https://www.chevron.com/-/media/chevron/operations/documents/diesel-fuel-tech-review.pdf
  • Detaillierte chemische Eigenschaften und Zusammensetzung von Dieselkraftstoff.(p36)
    • Aromaten
    • Paraffine
• https://chembloggreen1.wordpress.com/page/2/
  • Volatilität, Viskosität, Wirkungsgrad von Diesel
• https://www.britannica.com/science/paraffin-wax
  • Was ist Paraffin, Siedepunkt, Eigenschaften, wie wird es hergestellt.
• http://fuelandfriction.com/trucking-pro/how-prevent-diesel-fuel-gelling/
  • Dieselkraftstoffgelierung, Ursachen und Lösungen.
• http://study.com/academy/lesson/aromatic-hydrocarbons-definition-examples-uses.html
  • Aromaten, was sie sind, wie sie verwendet werden und was sie bewirken.

Über den Autor

Russell Schiller ist ein Junior in der Highschool, der eine große Leidenschaft für Dieselmotoren hat. Er interessiert sich auch für Chemie und dafür, Dinge zu zerlegen und zu lernen, wie sie von innen und außen aussehen. Er möchte in der Welt des Diesels weitermachen, aber er möchte die Montana Tech besuchen, um einen Bachelor in Material- oder Metallurgietechnik zu machen.