Proprietăți fizice și chimice ale hidrocarburilor din țiței

Arderea hidrocarburilor este procesul cel mai frecvent întâlnit în practică şi este deocamdată scopul principal al prelucrării hidrocarburilor. Ca urmare, proprietăţile legate de arderea hidrocarburilor sunt studiate şi urmărite cu maxim interes. Ele sunt:

- Puterea calorifică

- Limitele de explozie

- Punctul de inflamabilitate

- Temperatura de autoaprindere

- Antidetonanţa;

Legate de aceasta sunt :sensibilitatea, cifra octanică la drum, cifra octanică de amestec, susceptibilitatea.

Puterea calorifică (puterea calorică)

Puterea calorifică (calorică) se defineşte ca fiind căldura dezvoltată la arderea unui kg de combustibil solid sau lichid, respectiv 1Nm3 de combustibil gazos.

Se definesc două valori ale puterii calorifice, pentru acelaşi combustibil:

- puterea calorifică superioară Qs;

- puterea calorifică inferioară Qi;

Puterea calorifică superioară se măsoară în următoarele condiţii:

- temperatura produsului înainte de ardere şi a produselor de ardere la final 200C;

arderea completă a C → CO2 şi S → SO2; CO2 şi SO2 considerate în fază gazoasă; se consideră că N2 nu arde;

- apa rezultată ca produs de ardere, fiind la 200C este în fază lichidă.

Puterea calorifică inferioară se defineşte asemănător, cu deosebirea că apa conţinută în produsele de ardere este considerată în stare de vapori. Diferenţa de valoare între Qs şi Qi este dată de latenta de condensare (vaporizare) a apei.

In SI se măsoară în KJ/Kg sau Kcal/Kg.

Puterea calorifică a produselor petroliere solide şi lichide se determină prin arderea completă în bomba calorimetrică a unei cantităţi de combustibil, la 25-30 at. Căldura degajată este cedată unei cantităţi cunoscute de apă a cărei creştere de temperatură se măsoară.

Calculul estimativ al Qs şi Qi se poate face în funcţie de alte proprietăţi fizice ale combustibilului, care se determină mai uşor, cum ar fi densitatea relativă

Qs = 12400-2100 d ^2

Qi = Qs – 50.45 H

Unde H este % masă de hidrogen din formula brută a combustibilului considerat a fi format numai din carbon şi hidrogen; această fracţie masică se poate determina cu următoarea relaţie empirică în cazul produselor petroliere:

H= 26-15 d

Eroarea maximă prin această metodă de calcul este de 2 %.

Există o corelaţie grafică rapidă şi foarte utilă ( fig de alaturi) pentru produse petroliere.

Pentru gaze,determinarea experimentală a puterii calorifice inferioare se face cu aparatul Junkers, iar metoda constă în arderea unei anumite cantităţi de gaz, exact măsurată cu un debitmetru şi determinarea diferenţei de temperatură la intrarea şi la ieşirea din aparat a unui debit de apă, exact măsurat. Spre deosebire de bomba calorimetrică ce funcţionează ca un reactor închis, discontinuu, aparatul Junkers are funcţionarea unui reactor

Limitele de explozie

Arderea combustibililor este o reacţie rapidă cu aerul şi se petrece cu degajare de căldură şi de lumină. Arderea începe cu o mică deflagraţie, după care se formează flacăra. Datorită căldurii degajate de flacără, arderea este întreţinută fără aport de căldură din exterior.

Aprinderea amestecului de hidrocarburi are loc numai în anumite condiţii: amestecul de hidrocarburi cu aer (oxigen) trebuie să aibă o anumită compoziţie iar aprinderea, fie are loc de la o flacără, fie amestecul este adus la o temperatură înaltă la care are loc autoaprinderea, în absenţa flăcării.

Sunt două limite de concentraţie a hidrocarburilor în aer, limite între care poate avea loc explozia deci şi arderea.

- Limita inferioară de explozie este procentul de volum minim de hidrocarbură care trebuie să fie prezent în aer, astfel ca să se poate produce explozia; sub această concentraţie, explozia nu este posibilă.

- Limita superioară se defineşte prin analogie; este procentul de volum de hidrocarbură în amestec cu aerul peste care explozia nu poate avea loc.

Limitele de explozie (superioară şi inferioară) au anumite valori, dacă arderea are loc în aer şi alte valori dacă arderea are loc în oxigen pur. Limitele de explozie sunt mai largi dacă arderea are loc în oxigen pur.

Limitele de explozie ale câtorva substanţe în aer sunt:

Metan: 5-15% vol

Acetilenă 2,5 – 80%

Benzină 1,3 – 6%

H2S 4,3-45%

Se observă că cele mai largi limite le are acetilena, de aceea ea prezintă cel mai mare pericol de explozie.

Limitele de explozie ale hidrocarburilor se pot calcula cu aproximaţie în funcţie de A=numărul de atomi de oxigen necesar pentru arderea unei molecule de combustibil.

Formulele următoare sunt diferite pentru arderea în aer şi arderea în oxigen. Ele dau rezultate aproximative.

- Gaze (vapori) + O2 Linf 1/A-1 Lsup 4/A

- Gaze (vapori) + aer Linf 1/ 4,85(A-1) Lsup 4/4,85A

Pentru un amestec gazos de hidrocarburi de compoziţie cunoscută, limita superioară sau inferioară de explozie se calculează ca medie molară a limitelor de explozie a componenţilor:

Efectul presiunii asupra limitelor de explozie

- Scăderea presiunii sub cea atmosferică: Nu are nici un efect asupra limitelor de explozie până sub 200 mm Hg;

- Intre 200 şi 50 mm Hg presiune absolută, limitele de explozie superioară şi inferioară se apropie tot mai mult;

- Sub presiunea de 50 mm Hg, nu mai este posibilă arderea gazelor naturale, indiferent de proporţia în care sunt amestecate cu aerul (oxigenul).

- Creşterea presiunii are următorul efect: Limita inferioară de explozie scade foarte puţin cu creşterea presiunii; Limita superioară creşte foarte accentuat cu presiunea.