Combustibili și lubrifianți

Curs 1: Compozitia combustibililor

Titeiul este la presiunea atmosferica un amestec omogen in faza lichida de hidrocarburi lichide, hidrocarburi solide, compusi cu sulfuri, O si N si care contine si urme de metale fe, ca, mg, si, mn, ni, cu etc

Ca subst lichide sau identificat in titei peste o 1000 de subst, dintre acestea cea mai mare parte respective peste 500 ca masa 50-60% o reprezinta hidrocarburile lichide, acestora li se adauga heterocompusi, peste 250 fiind cei ai S. In nr mai mic ,30, sunt cei ai O2 si 30 azot

Titeiul mai poate contine hidrocarburi in stare gazoasa cat si alte gaze dizolvate , in cele din urma in compozitia titeiului se vor regasi compusi organo-metalici de metale grele printer care cei mai importanti sunt cei ai metalelr enumerate. Aceste metale se vor regasi, de regula sub forma de rezid in cenusa titeiului

Cei care raman in produsele de rafinare sunt nedorite pentru ca provoaca in motor coroziuni, depuneri, uzuri si scumpesc procesul de rafinare prin aplicarea tehnologiilor de eliminare a metalelor din produsul finit.

Hidrocarburile sunt H+C

Hidrocarburile prezente in titei au de regula pana la 80% de atomi in molecule si mase molecular pana la 1000. Se stabileste urmatoarea compozitie a titeiului pe elem chimic pure:

C 80-84 %; H2 11-14%; S se spune pana la 5%( max 7-8%); O 0,5%; N <1%; “urme” chimice de metale 150-350 ppm

MAS formuleaza asupra combust ca si prima cerinta volatilitatea ridicata de peste 300 de hidrocarburi chimice pure. Fiecare din acestea au insa temp de fierbere inferioara val de 200°C

Motorina este un amestec omogen lichid de ca 250 de hidrocarburi chimice pure caract insa fiecare dintre ele de temp de fierbere cuprinse intre 225 si 400°C

Atomul de carbon are pe ultimul strat de valenta 4 electroni iar cel de hydrogen un singur electron. Pentru a forma structuri chimice stabile respective structura de octet pentru carbon si de dublet de hydrogen acestea se pot lega in urm config

H

|

H-C-H cea mai simpla hidrocarbura ch4

|

H

Se stabileste ca fiind indice calitativ al titeiului cat si al benzinelor si al motorinelor continutul de sulf; cu exceptia sulfului comb comerciali nu contin practice nici un element daunator motorului. Sulful se poate regasi in combustibili sub forma de mercaptani,sulfuri,disulfuri, sulf liber si hidrogen sulfurat(h2s). toate aceste combinatii degenereaa in motor in prod extreme de aggressive dpdv al coroziunii. Cel mai periculos este este H2S, care in prezenta a apei :

H¬2S+4H2O->H2SO4+4H2

D.p.d.v al structurii chimice de baza hidrocarburile din benzina si motorina se grupeaza in 4 mari serii chimice:

HC---liniare—saturate(alcani, porofine) CnH¬2n+2

--nesaturate (polefine, monopolefine) CnH2n-2

--- ciclice –saturate(naftene) CnH2n

--nesaturate (aromate, aromatice) CnH2n-6

Masura in care una din serile chimice participa la masa unui comb va imprima caracteristicile fizico-chimice de baza .

Alcanii

De regula sunt prezenti in combustibili alcanii avand cel mult 15-20 atomi de carbon in molecula. In cazul benzinei primii 4 termeni ai seriei omoloage pot fi prezenti sub forma de gaze dizolvate la presiunea atmosferica metan, etan, butan, propan. Acestia nu se gasesc in motorina. Urmatorii termini ai seriei de C5-C20 sunt bine reprezentati in combustibili . de regula cel putin 55%. Combustibilii in care alcanii participa intr-o concentratie ridicata au o buna resist la detonatie, astfel o participatie de 54% alcani conduce la o benzina buna cu cifra octanica C0 75 81% alcani-CO95

Sunt cele mai inerte fata de cauciuc si sunt cele mai passive fata de metale.

Datorita structurii liniare adeseori cu structura foarte lunga molec de alcan sunt foarte instabile la oxidare, formeaza cu mare usurinta peroxizi si alte prod interne.

Sunt foarte favorabile aprinderii si arderii. Ca si serie chimica sunt cele mai bune d.p.d.v. calorific datorita celui mai bun raport masic 2n+2.

Naftene

Fiind simultan saturate si ciclice tranzitia d.p.d.v.fizico-chimic intre alcani si aromatice. Ca si structura se compune din cicluri de 4,5,6 chiar 7 atomi de carbon. Se plaseaza pe un loc secunda intre cele 4 serii calorifice. In functie de titeliul de baza pot fi prezenti in masa comb final ana la 20%

Aromatice

Se compun din cilcluri de 6 atomi, cicluri in care legatura intre atomii de carbon sunt alternative simple si duble.

Sunt la fel de inerte fata de metale dar exista o puternica dizolvare a cauciucurilor. D.p.d.v caloric este seria cea mai slaba . Au mare lavilitate chimica, polimerizand usor si formand produsi de tip xilen, cumen, paracumen cu molecule si mase moeculare enorme. Din acest punct de vedere sunt de nedorit in combustibil deoarece moleculele foarte mari au o temperatura de fierbere foarte ridicata si apartinand fractiilor grele.

Sunt admise in procent de 20% datorita marilor calitati; de o forma rapid amestecuri legate extreme de neceare regimurilor de repriza

Olefinele

Se regasesc in proportie de 3,5-4%. Este seria chimica cea mai putin dorita deoarece:

- Detoneaza cu mare usurinta

- Labilitate chimica mare datorita dublei legaturi;

- Se descompun cu usurinta recombinanduse ulterior cu hidrogenul caz in care vor rezulta alcani sau O¬¬2—acizi grasi sau se recombine intre ei—polimelizare;

- Reactivitate chimica de 50 de ori mai mare fata de celelalte serii chimic la formarea smogului-poluant

Heterocumpusi

- Combinatii ale O2 care sunt de regula acizi grasi si acizi naftenici

- In benzina se gasesc acizi grasi alifatici inferiori cu max 5 at de carbon in molecula

- Compusi ai azotului sub forma de variate subst organice neutru care reduc stabilitatea combust la stocare datorita inchiderii la culoare a acestuia

Normele stabilite in 2001 de CE prevad urm bareme maximale pentru heterocompusi:

- Compusi pe baza de S –max 150 ppm-benzine

-max 200 ppm-motorine

- compusi de O2 max 0,1% (masic), maxim 2%

-compusi de N2- max 1%

Sa cautat in permanenta punere la punct de metode care sa permita det participatiei masice pentru fiecare hidrocarbura componenta. Inca la nivelul anului 1957 se puteau det participatiei pentru 107 hidrocarburi chimice. In prezent prin metode spectofotometrice prin infrarosu si ultraviolete sunt puse la punct metode pentru determinarea a peste 250 hidrocarburi puse in combustibil.

In fapt este mult mai important determinarea participatiei fiecareia dintre celor 4 serii chimice de baza prin reactii simple la indemana fiec laborator. Aceste metode au la baza aditia sau substitutia unor reactanti.

1 R cu H2S04 Ractie exclusiv cu hidrocarburi nesaturate, respectiv din seria aromaticelor si olefinelor. Participatia celor 2 serii chimice se evalueaza prin diminuarea H2SO4 in reactie

2 Metoda cifrei de Brom(Br)

Bromul reactioneaza exclusiv cu olefinele din combustibil prin aditie la dubla legatura labila. Reducerea cantitatii de Br in react constituie masura participatiei olefinelor.