سوخت و احتراق (بخش اول)

افزودنی های بنزین شامل بهبود دهنده های عدد اکتان، ضد یخ برای جلوگیری از ی خزدگی سوخت، شوینده ها جهت کنترل رسوب روی انژکتور ها و سوپاپ ها، زنگ بر و آنتی اکسیدان جهت کاهش تشکیل چسبندگی در بنزین ذخیره شده در باک می باشند.

مقدمه:

مدت ها تصور می شد که سوخت ها فقط از یک جزء شیمیایی تشکیل شده اند. با این حال، ممکن است یک سوخت بنزینی یا دیزل خاص، شامل 100 هیدروکربن و صد ها جزء دیگر با مقادیری ناچیز باشد. در این مقاله علت پیچیده بودن ترکیبات سوخت ها، چگونگی تولید آن ها و چگونگی عملکرد آن ها در موتور های احتراق داخلی توضیح داده می شود.

منبع اصلی سوخت های نفتی، نفت خام می باشد. مؤسسه نفت خام ایالات متحده، میزان نفت خام شناخته شده موجود در کره زمین را حدود یک تریلیون بشکه تخمین زده است، حدود 0.6 تریلیون بشکه از مخازن نفتی موجود در کره زمین کماکان ناشناخته باقی مانده است. در صورت ادامه مصرف با نرخ کنونی، پیش بینی می شود که حدود 60 تا 95 سال آینده، نفت خام در مخازن نفتی زمین به پایان برسد.

پیشرفت های تکنولوژیکی در روش های بهره برداری مخازن نفتی باعث شده تا قابلیت استحصال نفت از میادین نفتی افزایش یابد. در سال 1950 ، میزان ذخایر شناسایی شده نفت خام جهان، تقریباً 0.09 تریلیون بشکه تخمین زده می شد که در 50 سال گذشته این مقدار 10 برابر شده است.

میزان مصرف نفت خام در سال های اخیر به گونه ای بوده است که تقریباً 0.7 تریلیون بشکهاز ابتدای انقلاب صنعتی تا کنون مصرف شده است. استحصال نفت خام از کک، زغال سنگ و شن های قیر اندود از لحاظ تکنیکی و تئوری ممکن است، لیکن از لحاظ اقتصادی به صرفه نمی باشد.

با توجه به اینکه در نفت خام کربن وجود دارد، مصرف آن باعث به وجود آمدن CO₂ می شود، این گاز گلخانه ای باعث گرم شدن زمین می شود. به منظور کاهش میزان انتشار گاز های گلخانه ای راه های پیشگیرانه ای اندیشیده شده است. این پیشگیری ها شامل افزایش بازده احتراق و افزایش میزان استفاده از سوخت های جایگزین می باشد.

عملیات تصفیه:

در ترکیب نفت خام هیدروکربن های گوناگونی وجود دارد. به عنوان مثال در بنزین، 25000 ماده مختلف که از مشتقات نفت خام است، یافت می شود. این مواد در گستره ای از حالت بین گاز ها تا مایعات لزج و حتی مایعات گریس مانند موجود هستند. هدف از تصفیه، جدا کردن فیزیکی نفت خام به اجزاء مختلف آن در فاز های مختلف و سپس اجرای فرایند شیمیایی به منظور تبدیل مواد حاصله به سوخت ها و دیگر فرآورده های نفتی می باشد. فرایند جدا سازی اجزا را تقطیر می گویند که با دستگاه تقطیر انجام می شود.

وقتی که یک نمونه ماده گرم می شود، هر یک از اجزای آن به نقطه جوش خود می رسند. دسته بندی مواد مختلف کاملاً اختیاری است. دسته بندی مواد بر پایه زمان خروج آن ها از دستگاه تقطیر عموماً به ترتیب زیر است: نفتا ، مواد مقطر، نفت گاز و نفت باقی مانده.

در یک دسته بندی دیگر از عناوین سبک، متوسط و سنگین برای دسته بندی مواد حاصل از برج تقطیر استفاده می شود. صفت دست نخورده یا عملیات مستقیم به اجزایی اطلاق می شود که هیچ واکنش شیمیایی روی آن ها انجام نشده است. برای مثال نفتای سبک دست نخورده به عنوان بنزین استفاده می شود که گاهی به آن بنزین واکنش مستقیم نیز گفته می شود. ویژگی های فیزیکی هر جزء به دمای تقطیر آن بستگی دارد.

سوخت های بنزینی:

از اوایل دهه 1900 ، بنزین سوخت غالب خودرو ها بوده است. این سوخت اولین بار در موتور چهار زمانه نیکلاس اتو در سال 1876 استفاده شد. این سوخت دارای چگالی انرژی بالا بوده و در عین حال ارزان قیمت است. بنزین از ترکیب هیدروکربن های سبک شامل پارافین ها، اولفین ها، نفتالین ها و آروماتیک ها تشکیل شده است. نسبت هیدروژن به کربن آن بین 1.6 تا 2.4 متغیر است. فرمول عمده بنزین C8H15 با وزن مولکولی 111 می باشد. فرمول بنزین با هیدروژن فراوان C7H17 می باشد.

افزودنی های بنزین:

افزودنی های بنزین شامل بهبود دهنده های عدد اکتان، ضد یخ برای جلوگیری از ی خزدگی سوخت، شوینده ها جهت کنترل رسوب روی انژکتور ها و سوپاپ ها، زنگ بر و آنتی اکسیدان جهت کاهش تشکیل چسبندگی در بنزین ذخیره شده در باک می باشند. مواد بسیاری برای بالا بردن عدد اکتان بنزین مورد آزمایش قرار گرفته اند. در سال های 1923 تا 1975 تترا اتیل سرب اولین ماده ای بود که به طور عمومی به عنوان بهبود دهنده عدد اکتان به کار برده می شد.

استفاده از این ماده از سال 1995 به دلیل سمی بودن آن و اثر نامطلوبش بر مبدل های کاتالیستی و حسگر های اکسیژن، ممنوع شد. در حال حاضر، سرب فقط برای بنزین هواپیما استفاده می شود و در بنزین خودرو های سواری مورد استفاده قرار نمی گیرد. الکل ها، اتر ها و متیل سیکلو پنتا دی نیل منگنز تری کربونیل هم اکنون به عنوان بهبود دهنده های عدد اکتان استفاده می شوند.

ادامه مطلب در بخش بعدی . . .