Combustibili - Tehnologia de obtinere, Arderea combustibililor

Combustibili

Sunt substante sau amestecuri de substante care in urma unor reactii chimice de ardere sau in urma unor reactii nucleare, produc o mare cantitate de caldura. Motoarele termice utilizeaza drept sursa de energie un combustibil care in urma unor reactii de ardere in prezenta aerului furnizeaza caldura ce este transformata in energie mecanica.

Conditii impuse unui combustibil:

1. sa contina cat mai multe elemente chimice pentru ca energia termica obtinuta sa fie cat mai mare
2. sa reactioneze usor cu oxidantul
3. in procesul producerii energiei termice sa nu rezulte gaze toxice
4. costul energie termice produse sa fie cat mai mic

Compozitia combustibililor:

hidrocarburi normali si hidroparafinice

hidrocarburi nafteice cu sau fara catena naturala

hidrocarburi aromatice monociclice cu sau fara catena naturala

hidrocarburi mixte.

Tehnologia de obtinere:

prin prelucrarea primara a titeiului se obtine combustibili a caror caracteristici calitative sunt necorespunzatoare, de aceea sunt necesare prelucrari secundare prin reactii de cracare sau reformare catalitica.

Prin distilare se obtine :

a)     benzina de distilare primara contine intre 5-10 atomi de carbon. Ele contin hidrocarburi normal si hidroparafinice, nafteice, aromatice si cantitati mici de olefine

b)     petrol lampant: 10-15 atomi de carbon, intervalul de distilare 170-300° C. Contin hidrocarburi parafinice, naftenice, aromatice, mixte si cantitati mici de olefine.

c)     motorina : hidrocarburi cu 12-20 atomi de carbon, intervalul de distilare intre 200-400sC. Contin hidrocarburi parafinice, naftenice, aromatice si cantitati reduse de hidrocarburi mixte si nesaturate.

Suplimentarea cantitatii de benzina se realizeaza prin cracare catalitica a unor fractiuni mai grele. Reactia de cracare se realizeaza intre 470-750°C pe catalizatori de alumino-silicati sau mai nou catalizatori care cresc randamentul in benzina si fac ca arderea monoxidului de carbon la dioxidul de carbon sa fie completa.

Reactia de cracare este procesul cel mai economic de obtinere a unor cantitati suplimentare de benzina. Se utilizeaza catalizatori si au loc reactiile:

i)        cracarea hidrocarburilor parafinice → olefine si parafine

ii)       cracarea hidrocarburilor parafinice → olefine cu masa moleculara mica

iii)     dezalchilarea hidrocarburilor alchil-aromatice → hidrocarburi aromatice si olefine

iv)     cracarea hidrocarburilor alchil-aromatice → hidrocarburi alchilo-aromatice cu continut olefinic si o parafina

v)       cracarea hidrocarburilor naftenice cu formare de hidrocarburi olefinice

vi)     izomerizare olefinica → izoolefina

vii)            transfer de grupe alchinice

Reformare catalitica este un proces complex ce are loc in prezenta catalizatorilor si hidrogenului si are ca scop cresterea calitatii.

Alchilarea realizeaza conversia catalitica a olefinelor usoare in benzine prin alchilare cu izobutan. Se realizeaza cloruri de aluminiu sau in prezenta acizilor clorhidrici si fosforici, sulfurici.

Arderea combustibililor

Proces chimic ce sta la baza functionarii motoarelor. Prin ardere energia chimica trece in energie termica apoi mecanica.

Arderea in motor → proces fizico-chimic complex ce incepe prin aprinderea amestecului de reactie si apoi arderea amestecului gazos.

Zona ingusta care separa regiunea gazului nears de regiunea gazului ars se numeste frontul flacarii si este locul reactiilor chimice rapide care transforma produsii initiali in produsi finali.

Sursele de aprindere genereaza atomi si radicali liberi care dau reactii chimice inlantuite facand ca zona de combustie sa se propage in mediu exploziv sub forma unei unde de combustie.

Viteza de ardere a combustibililor e influentata de:

a)     temperatura la care are loc prima reactie

b)     umiditate

c)     curenti de aer

d)     presiune

e)     cu cat raportul suprafata libera / volum al materialului este mai mare cu atat aprinderea se produce mai repede

f)      compozitie chimica

g)     catalizatori

h)     concentratia combustibililor exercita influenta asupra vitezei de reactie.

Caracteristici de curgere:

1)     vascozitatea - caracterul de fluid si exprima rezistenta la curgere

a)      vascozitatea dinamica - forta de frecare interna exercitata tangential pe aria de contact si raportata la modulul gradientului de viteza, de deplasare a straturilor dupa o directie perpendiculara pe directia deplasarii

b)      vascozitatea cinematica

c)       vascozitatea relativa - raportul dintre timpul de curgere al unui volum de produs petrolier incalzit la o anumita temperatura si timpul de curgere pentru acelasi volum de apa distilata la 20°C

Vascozitatea produselor petroliere depinde de compozitia chimica, creste o data cu masa moleculara a hidrocarburii, cu presiunea

2)     temperatura de tulburare - temperatura maxima la care in procesul de racire produsul petrolier incepe sa se tulbure. Este cu 3-7°C mai mare decat temperatura de congelare

3)     temperatura de congelare - temperatura maxima la care produsul petrolier racit iti pierde mobilitatea