A dízelüzemanyag kémiája

admin 0 Comments Articles

A dízelüzemanyag kémiája

• A dízelüzemanyag olyan folyékony üzemanyag, amely a kőolaj melléktermékéből készül. A dízelüzemanyag eredetileg szénpornak számított, de 1895-ben Rudolf Diesel felfedezte a kőolaj melléktermékek felhasználását folyékony üzemanyagként a dízelmotorokban. A dízelmotorok általánosan ismert példái: iskolabuszok, építőipari gépek és tömegközlekedési buszok. Használják még teherautókban, vonatokban, hajókban, katonai járművekben és még generátorokban is. A hadsereg azért használja szívesen a dízelüzemanyagot, mert kevésbé gyúlékony és kevésbé hajlamos a leállásra, ellentétben a benzinmotorokkal. A dízelek emellett nagyobb nyomatékszámot is képesek produkálni, mint a benzinmotorok.
• A dízelüzemanyag kémiájának tanulmányozását azért választottam, mert a dízel nagy hatással van Amerikára. Szinte minden építőipari, katonai és kulcsfontosságú közlekedési járművet dízelüzemanyaggal hajtanak, sőt a teherszállítás mintegy 94%-a dízelre támaszkodik. Ezek üzemanyag-takarékosabbak és verhetetlen megbízhatósággal rendelkeznek. Én is erősen érdeklődöm a dízelek iránt.
• A dízel üzemanyag olyasmi, ami ténylegesen mindennapos szerepet játszik az életemben. Mert ez olyasvalami, ami iránt mélyen érdeklődöm, és személyesen is van egy dízelem, tehát mindennap dízelüzemanyaggal hajtott járművet vezetek. Emellett szeretek kutatni és többet megtudni a dízelről, és szeretek a teherautómon dolgozni.

Az összetétele …

• Földolaj
  • Szénhidrogének(hidrogén és oxigén)
    • Paraffinok (nagyjából 75%)
      • Szénatomok, amelyek összekapcsolódnak, láncszerű molekulákat alkotva.
        • N-paraffinok
        • Isoparaffinok
        • C10H22-től C20H42-ig
    • Aromátok (nagyjából 25%)
      • A nafténekhez hasonlóan gyűrűszerű szerkezet jön létre, de egyszerű kötések helyett aromás (kettős) kötésekkel kapcsolódnak.
      • C10H8 – C20H34
• Kén
• Nitrogén

Főbb vegyi anyagok, vegyületek, összetevők

• Paraffinok
  • Kétféle paraffin létezik: N (normál) paraffinok és izoparaffinok. Az N-paraffinok szénatomjai láncszerű molekulákat alkotnak. Az izoparaffinok hasonlóak az N-paraffinokhoz, azzal a különbséggel, hogy a láncból kiágazó szénatomok vagy elágazások vannak. Először 1867-ben állították elő kereskedelmi forgalomban, a paraffinviasz arról ismert, hogy szilárd állapotban színtelen, vagy fehér megjelenésű; folyékony állapotban azonban többnyire áttetszővé válik. Olvadáspontja 120 és 150° F. Azonban nem csak egyféle paraffinviasz létezik, a dízelüzemanyagban gyakori paraffintípusok a következők: dekán, n-pentadekán, metiltetradekán, eikozán és metilnonadekán. Mivel a paraffinok egyenes molekulaszerkezetűek, a paraffinok a fő okai annak, hogy a dízelüzemanyag idővel szilárd halmazállapotúvá kezd válni, ezt a folyamatot zselésedésnek nevezik, ami nagy problémát jelent a dízelmotorok számára. Az üzemanyagban lévő paraffin 32 °C-on elkezdi elhomályosítani az üzemanyagot, 15-10 °C-on pedig “gélesedni” kezd, és a dízelmotor működésképtelenné válik. A kerozint előzetesen hozzá lehet adni az üzemanyaghoz, ami csökkenti az üzemanyag viszkozitását, és sokkal kevésbé hajlamos a gélesedésre.
• Aromátok
  • Aromátok egyes szénatomjaikkal gyűrűszerű szerkezetet hoznak létre. Az aromás szénhidrogéngyűrűk 6 szénatomból jönnek létre. Gyűrűszerkezetükben egyszerű és kettős kötések váltakoznak. Az aromás szénhidrogének másik típusa a policiklusos aromás. A policiklikus aromás vegyületek egyszerűen fogalmazva olyan aromás vegyületek, amelyek két vagy több aromás gyűrűt tartalmaznak. Az aromás vegyületek közül a legegyszerűbb a benzol, amelynek kémiai összetétele C6H6. Az elnevezés onnan ered, hogy az aromás vegyületek nagyon erős aromával rendelkeznek. Az aromás vegyületeket olaj- vagy zsíralapú vegyületek hígítására használják, ami megmagyarázza, hogy amikor kerozint és más vegyületeket adnak a dízelüzemanyaghoz, miért változtatják meg a dízel üzemanyag viszkozitását, így az kevésbé hajlamos a gélesedésre. A dízelüzemanyagban gyakran előforduló vegyületek: naftalin, tetralin, antracén és tetradecilbenzol.

A kémia szerepe

A dízelüzemanyag egyetlen összetevője sem készül egyedileg. A dízelüzemanyagot tekinthetjük olyasvalaminek, ami a természetben is előfordul, mivel a földből nyerik ki (olaj), de a végtermék, a dízelüzemanyag az ember által előállított termék. A földből kinyert nyersolajat desztillációs toronyba helyezik, majd az olajat 400 °C fölé hevítik. Ezzel megkezdődik egy szeparációnak nevezett folyamat, amely szétválasztja a különböző forráshőmérsékletű komponenseket. Ahogy haladunk felfelé a desztillációs toronyban, a forráshőmérséklet egyre hűvösebb, és a finomítási folyamat egyre fáradságosabb. A torony alsó végén dízelüzemanyag keletkezik, majd következik a kerozin, a benzin, a bután és a propán. Ezeket a vegyületeket egy desztillációs lemez gyűjti össze, amely elviszi az adott vegyületet, és egy tárolótartályban tárolja. A kémia nagy szerepet játszik ebben a folyamatban, mivel a tudósoknak ismerniük kell az egyes keverékek kémiai összetételét (pl. hány hidrogén- és szénatom van az egyes vegyületekben), amelyeket minden egyes forrásponton elválasztanak. Tudniuk kell, hogy a toronyban hol helyezzék el a desztillációs lemezeket, hogy az egyes vegyületeket hatékonyan és eredményesen gyűjtsék össze.

Háttérkutatás

A dízel legnyilvánvalóbb különbségei a fizikai tulajdonságai. A dízelüzemanyagot néha “dízelolajnak” nevezik, mivel olajos, más a szaga, nehezebb és sokkal olajosabb, sokkal lassabban párolog, mint a benzin, és magasabb az olvadáspontja, 200-380°C között mozog. Kémiailag a gázolaj több szénatomot tartalmaz, mint a benzin. A benzin általában C9H20, a dízel pedig általában C12H23.

• Hogyan készül?
  • A nyersolajat egy desztillációs toronyba helyezik, majd a folyadékot 400°C fölé melegítik.
  • Amint a folyadék melegedni kezd, a hidrogén- és szénatomok különböző láncai (szénhidrogének) elkezdenek szétválni.
  • A dízelüzemanyag 200°C és 380°C közötti hőmérsékleten kezd kialakulni. Amit desztillációs lemezeken összegyűjtenek, és egy dízel üzemanyag-tartályba szippantanak.
• Miért dízel?
  • A dízel üzemanyag előállítása olcsóbb, mivel előállítása során kevésbé aprólékos a finomítási folyamat.
    • A dízel üzemanyag azonban a kereslet miatt jelenleg drágább.
  • A dízel üzemanyag energiasűrűsége is nagyobb, mint a benziné.
    • 14%-kal több energiát ad, mint a benziné.
  • A dízelmotorok átlagosan 20-30%-kal hatékonyabbak, mint a benzinmotorok.

Források

• https://www.dieselnet.com/tech/fuel_diesel.php
  • Egy kis történelem a dízel mögött, a finomítási folyamat módjai, a dízel tulajdonságai, és hogy mi az üzemanyag.
• http://www.eia.gov/Energyexplained/index.cfm?page=diesel_use
  • Mire használják a dízelüzemanyagot.
    • Trucks
    • Military vehicles
    • Transportation
    • Generators
• http://auto.howstuffworks.com/diesel3.htm
  • Properties of diesel fuel vs. gasoline.
    • Hatékonyság
    • Fizikai tulajdonságok
    • Kémiai tulajdonságok
• http://www.kendrickoil.com/how-is-diesel-fuel-made-from-crude-oil/
  • A gázolaj előállításának folyamata és miből készül.
    • A nyersolaj
    • Desztillációs folyamat
• http://www.newworldencyclopedia.org/entry/Diesel
  • A gázolaj kémiai tulajdonságai és összetétele.
• https://www.chevron.com/-/media/chevron/operations/documents/diesel-fuel-tech-review.pdf
  • A gázolaj részletes kémiai tulajdonságai és összetétele.(p36)
    • Aromátok
    • Paraffinok
• https://chembloggreen1.wordpress.com/page/2/
  • A gázolaj illékonysága, viszkozitása, hatásfoka
• https://www.britannica.com/science/paraffin-wax
  • Mi a paraffin, forráspont, tulajdonságok, hogyan készül.
• http://fuelandfriction.com/trucking-pro/how-prevent-diesel-fuel-gelling/
  • Dízel üzemanyag zselésedésének okai és megoldása.
• http://study.com/academy/lesson/aromatic-hydrocarbons-definition-examples-uses.html
  • Aromaanyagok mik azok, hogyan használják és mire valók.

A szerzőről

Russell Schiller középiskolás, akinek nagy szenvedélye a dízelek. Emellett érdekli a kémia és a dolgok szétszedése, valamint a dolgok megismerése kívül-belül. Szeretne továbbra is a dízelek világában maradni, de a Montana Tech-en szeretne anyag- vagy kohászati mérnöki diplomát szerezni.