Tečna goriva

Извод

из

књиге

и

са

предавања

30

5 

ТЕЧНА

ГОРИВА

Течна

горива

налазе

широку

примену

у

свим

областима

захваљујући

својим

особинама

и

предностима

у

односу

на

чврста

горива

. 

Предности

примене

течних

горива

, 

у

општем

случају

: 



висока

топлотна

моћ

, 



мали

садржај

баласта

, 



мањи

топлотни

губици

при

сагоревању

, 

како

због

ниже

вредности

коефицијента

вишка

ваздуха

, 

тако

и

због

потпупијег

сагоревања

, 



већа

могућност

примене

у

различитим

постројењима

, 

уређајима

и

моторима

, 



лако

регулис

a

ње

процеса

сагоревања

, 

и



могућност

транспорта

цевоводима

  (

нафтоводи

у

случају

транспорта

сирове

нафте

, 

односно

продуктоводима

у

случају

транспорта

производа

прераде

нафте

)  

на

велика

растојања

. 

Ипак

, 

она

поседују

и

одређене

недостатке

, 

као

што

су

: 



лака

упаљивост

и

експлозивност

, 



стварање

електростатичког

напона

, 



тешко

одстрањивање

емулговане

воде

, 



отровност

и

др

. 

5.1 

ПРИРОДНА

ТЕЧНА

ГОРИВА

 - 

НАФТА

5.1.1 

ОСОБИНЕ

И

ПОРЕКЛО

Нафта

  (

име

потиче

од

староперсијске

речи

  „

нафата

“, 

што

значи

 - 

знојнти

се

) 

је

флуоресцентна

зеленкасто

-

мрка

до

тамно

-

мрка

уљаста

течност

. 

Нафта

није

хомогена

течност

: 

она

је

сложена

смеша

великог

броја

угљоводоника

различите

молекулске

масе

и

различите

међусобне

грађе

уз

присуство

сумпора

, 

кисеоника

и

азота

у

примесама

. 

Топлотна

моћ

нафте

износи

око

 42-43 MJ/kg, 

али

се

као

гориво

не

користи

; 

нафта

се

прерађује

у

низ

различитих

горива

, 

мазива

и

сировина

за

петрохемијску

индустрију

. 

У

саставу

органске

масе

нафте

налази

се

угљеник

у

границама

 83-87%, 

водоник

 11-14%, 

кисеоник

0,1-1%, 

азот

 0,05-1,5%) 

и

сумпор

 0,1-5%. 

Кисеоник

, 

азот

и

сумпор

се

налазе

у

нафти

у

везаном

стању

- 

у

облику

различитих

једињења

. 

Садржај

воде

 (

влаге

) 

и

минералних

примеса

је

мали

: 

садржај

воде

креће

се

до

 2%, 

а

ређе

преко

. 

Садржај

минералних

примеса

је

незнатан

и

износи

 0,1-0,3%. 

Густина

нафте

креће

се

у

границама

од

 820-920 kg/m

3

. 

5.1.2 

САСТАВ

НАФТЕ

Сирова

нафта

је

састављена

из

великог

броја

сложених

претежно

угљоводоничних

али

и

других

једињења

. 

Ова

једињења

могу

се

сврстати

у

неколико

основних

угљоводоничних

група

, 

чије

су

особине

добро

проучене

. 

У

саставу

нафте

разликују

се

три

основне

групе

угљоводоника

: 



парафински

угљоводоници

 - C

n

H

2n+2



нафтенски

угљоводоници

 - C

n

H

2n



ароматски

угљоводоници

 - C

n

H

2n-2

. 

Парафински

угљоводоници

чине

знатан

део

многих

нафти

. 

Нижи

чланови

овог

реда

, 

са

бројем

атома

угљеника

у

молекулу

од

 1 

до

 4 

су

гасовити

 (

метан

 - CH

4

, 

етан

 - C

2

H

6

, 

пропан

 - 

С

3

Н

8

и

бутан

 - 

С

4

Н

10

). 

Течни

угљоводоници

парафинског

реда

су

са

бројем

атома

угљеника

у

молекулу

од

 5 

до

 15, 

а

изнад

15 

атома

угљеника

у

молекулу

су

чврсти

 (

на

нормалној

температури

). 

Парафински

угљоводоници

су

ланчани

, 

засићени

угљоводоници

 (

пример

: 

нормални

октан

 C

8

H

18

). 

Извод

из

књиге

и

са

предавања

31

Парафински

угљоводоници

поседују

особину

да

распоред

атома

угљеника

немају

само

у

једном

ланцу

, 

већ

и

да

се

бочно

надовезују

један

на

други

, 

образујући

разгранате

ланце

. 

Такви

угљоводоници

, 

који

задржавају

исти

број

атома

угљеника

и

водоника

, 

а

имају

другу

структуру

, 

називају

се

изомерима

, 

а

парафини

 - 

изопарафинима

 (

пример

: 

изооктан

 C

8

H

18

). 

Нафтенски

угљоводоници

су

засићени

угљоводоници

са

прстенастом

структуром

. 

У

нафти

се

ова

група

угљоводоника

јавља

са

најједноставнијим

представницима

 – 

циклопентаном

 (C

5

H

10

) 

и

циклохексаном

 (C

6

H

12

). 

Нафтенски

угљоводоници

, 

као

и

парафински

, 

поседују

високу

хемијску

стабилност

 (

пример

: 

циклохексан

 C

6

H

12

. 

Ароматски

угљоводоници

имају

прстенасту

структуру

. 

Представник

ароматских

угљоводоника

је

бензен

  C

6

H

6

. 

Скелет

молекула

бензена

састоји

се

из

шест

атома

угљеника

који

су

међусобно

повезани

једногубим

и

двогубим

везама

. 

Поред

ове

три

групе

угљоводоника

, 

у

продуктима

прераде

нафте

налазе

се

и

незасићени

ланчани

угљоводоници

. 

Ови

, 

такозвани

олефински

угљоводоници

у

зависности

од

броја

двогубих

веза

могу

бити

моно

и

диолефини

. 

Општи

образац

моноолефинских

угљоводоника

је

 C

n

H

2n

, 

а

диолефинских

 C

n

H

2n-2

. 



Практично

све

нафте

садрже

у

себи

сумпор

односно

једињења

сумпора

. 

Максимални

садржај

може

бити

 6%.  

Извод

из

књиге

и

са

предавања

33

Слика

 5.2 

Продукти

прераде

нафте

5.2.1.2 

Прерада

продуката

прераде

нафте

Основни

разлози

постојања

секундарних

поступака

прераде

су

добијање

веће

количине

појединих

производа

и

добијање

производа

бољег

квалитета

. 

Секундарни

поступци

прераде

су

хемијски

процеси

и

могу

се

сврстати

у

четири

основне

групе

: 



поступке

разградње

угљоводоника

, 



поступке

изградње

угљоводоника

, 



поступке

конверзије

угљоводоника

, 

и



поступке

уградње

водоника

у

угљоводонике

. 

Поступци

разградње

угљоводоника

Основни

поступак

разградње

угљоводоника

је

 cracking (

крековање

) - 

поступак

у

коме

се

на

повишеним

температурама

и

притиску

угљоводоници

вишег

реда

распадају

на

угљоводонике

нижег

реда

. 

Процес

крековања

може

се

аналитички

представити

на

примеру

парафинских

угљоводоника

. 

У

општем

случају

једначина

крековања

би

гласила

: 

C

n+m

H

2(n+m)+2



 C

n

H

2n+2

+C

m

H

2m

одакле

се

може

закључити

да

се

, 

као

резултат

процеса

крековања

добија

један

парафински

и

један

олефински

угљоводоник

. 

Ако

се

посматра

, 

на

пример

, 

додекан

 (

С

12

Н

26

), 

процес

крековања

може

да

се

одвија

према

мо

ry

ћим

реакцијама

: 

C

12

H

26



 C

6

H

14

+C

6

H

12

или

C

12

H

26



 C

7

H

16

+C

5

H

10

или

C

12

H

26



 C

8

H

18

+C

4

H

8

или

C

12

H

26



 C

9

H

20

+C

3

H

6

или

C

12

H

26



 C

10

H

22

+C

2

H

4

Извод

из

књиге

и

са

предавања

34

Из

наведеног

примера

уочава

се

да

до

цепања

угљоводоничног

ланца

може

доћи

на

средини

или

ближе

крајевима

ланца

. 

На

место

цепања

угљоводоника

, 

као

и

на

одвијање

самог

процеса

, 

суштински

утичу

услови

при

којима

се

процес

изводи

: 

температура

, 

притисак

и

време

. 

Са

повишењем

температуре

процеса

, 

цепање

молекула

је

интензивније

, 

потпуније

и

брже

, 

а

количина

продуката

крековања

је

, 

за

исто

време

трајања

процеса

, 

већа

. 

Истовремено

, 

са

повишењем

температуре

, 

место

цепања

угљоводоничног

ланца

је

ближе

крају

. 

Повећањем

притиска

, 

цепање

молекула

угљоводоника

одвија

се

ближе

средини

ланца

. 

Повећање

времена

трајања

процеса

омогућава

потпуније

цепање

угљоводоничних

ланаца

. 

Поступци

изградње

Поступци

изградње

се

могу

представити

као

поступци

супротни

поступцима

разградње

. 

Ако

су

се

код

поступака

крековања

од

виших

угљоводоника

добијали

нижи

, 

код

поступака

изградње

се

од

нижих

угљоводоника

добијају

виши

. 

Основни

поступци

ове

групе

су

полимеризација

и

алкилација

. 

Полимеризација

Полимеризацијом

се

назива

хемијска

реакција

спајања

два

или

више

молекула

у

већи

молекул

, 

односно

, 

угљоводоника

нижег

реда

у

угљоводоник

вишег

реда

. 

У

реакцији

полимеризације

учествују

само

незасићени

угљоводоници

2C

3

H

6



C

6

H

12

2C

4

H

8



C

8

H

16

C

3

H

6

+C

4

H

8



C

7

H

14

Овако

добијени

изоолефини

се

могу

увођењем

водоника

у

процес

превести

у

изопарафинске

угљоводонике

, 

који

су

изванредних

карактеристика

с

обзиром

на

примену

у

ото

мотору

  (

пример

: 

добијање

изооктана

) 

C

8

H

16

+ H

2



 C

8

H

18

Алкилација

Алкилација

се

састоји

од

сједињавања

једног

олефинског

угљоводоника

са

парафинским

, 

остварујући

изопарафинске

угљоводонике

вишег

реда

. 

Како

се

овај

поступак

користи

за

добијање

квалитетнних

бензинских

фракција

, 

и

овде

је

полазна

сировина

гасовита

компонента

са

 2 

до

 4 

угљеникових

атома

у

молекулу

. 

Реакција

алкилације

може

се

, 

у

општем

случају

представити

изразом

C

n

H

2n+2

+C

m

H

2m



C

(n+m)

H

2(n+m)+2

Добијени

производ

назива

се

алкилат

и

садржи

у

себи

углавном

изопарафинске

угљоводонике

од

пентана

 (C

3

H

12

) 

до

декана

 (

С

10

Н

22

). 

Поступци

конверзије

угљоводоника

У

данашњим

условима

захтеви

који

се

од

стране

ото

мотора

постављају

бензинима

су

толико

високи

да

се

њихово

задовољаваље

може

остварити

само

помоћу

специјалних

секундарних

процеса

прераде

. 

У

тим

процесима

, 

који

не

дају

и

повећање

количине

бензина

, 

сировина

која

улази

у

процес

је

бензин

ниског

квалитета

, 

а

крајњи

производ

је

бензин

, 

али

осетно

побољшан

. 

Реформисање

Реформисање

је

поступак

којим

се

врши

превођење

угљоводоника

једне

групе

у

угљоводонике

друге

, 

повољнијих

особина

за

примену

. 

Поступак

реформис

a

ња

се

изводи

искључиво

као

каталитички

, 

јер

Извод

из

књиге

и

са

предавања

36

5.3.2 

ИС

II

АРЉИВОСТ

ГОРИВА

Испаравањем

се

назива

процес

преласка

течне

фазе

у

парну

. 

Брзина

и

потпупост

преласка

горива

из

течног

у

парно

стање

у

датим

условима

одређени

су

првенствено

фракционим

саставом

самог

горива

, 

што

се

краће

назива

испарљивошћу

горива

. 

Утицајне

величине

на

испарљивост

су

свакако

температура

, 

брзина

кретања

струје

гаса

и

др

. 

У

општем

случају

са

порастом

молекулске

масе

угљоводоника

из

горива

погоршава

се

испарљивост

, 

јер

истовремено

расте

и

густина

и

температура

кључања

. 

Како

су

течна

горива

у

стварности

смеша

великог

броја

угљоводоника

, 

за

које

је

утврђено

да

испаравају

у

одређеном

температурском

интервалу

, 

неће

при

њиховом

испаравању

доћи

до

преласка

целокупне

масе

горива

у

парно

стање

на

једној

одређеној

температури

: 

постепеним

загревањем

доћи

ће

до

издвајања

и

преласка

у

парно

стање

најпре

угљоводоника

са

најнижом

температуром

кључања

, 

а

затим

редом

све

тежих

и

тежих

. 

Ако

се

настале

паре

горива

и

кондензују

и

ако

се

при

томе

бележе

температуре

, 

добија

се

крива

испаравања

горива

или

крива

дестилације

.  

На

Слици

 5.3 

дате

су

карактеристичне

криве

испаравања

уобичајених

горива

. 

Слика

 5.3: 

Криве

испаравања

моторних

бензина

и

дизел

горива

Нјазначајније

темпераруре

са

аспекта

примене

које

се

одређују

на

основу

одређивања

криве

испаравања

су

: 

 
t

10

 – 

указује

на

стартне

особине

система

мотор

-

гориво

  (

максималне

вредности

: 55 

o

C 

за

зимску

градацију

моторног

бензина

, 

односно

 65 

o

C 

за

летњу

) 

t

50

 – 

указује

на

време

загревања

мотора

t

90

 – 

указује

на

присуство

тешких

фракција

. 

Брзина

и

потпуност

испаравања

у

мотору

зависе

са

једне

стране

од

особина

горива

  (

фракционог

састава

, 

топлоте

испаравања

, 

коефицијента

дифузије

), 

и

с

друге

стране

од

спољашњих

услова

(

температуре

, 

притиска

, 

величине

површине

испаравања

, 

релативне

брзине

струјања

ваздуха

у

односу

на

површину

горива

). 

Уколико

се

, 

међутим

, 

испаравање

одвија

у

затвореном

простору

са

слободне

површине

течности

, 

после

одређеног

временског

интервала

уочиће

се

да

ће

ниво

течности

престати

да

се

смањује

услед

успостављања

динамичке

равнотеже

између

парне

и

течне

фазе

: 

количина

молекула

која

испарава

са

површине

течности

једнака

је

количини

молекула

који

прелазе

из

парног

у

течно

стање

. 

Притисак

који

образују

паре

горива

у

условима

равнотежног

стања

са

течношћу

, 

на

одређеној

температури

, 

назива

се

притисак

засићених

пара

. 

За

хомогена

једињења

овај

притисак

зависи

од

температуре

и

природе

течности

: 

за

сложене

течности

  (

из

више

компоненти

), 

као

што

су

течна

угљоводонична

горива

, 

ова

величина

зависна

је

и

од

односа

запремина

, 

парне

и

течне

фазе

. 

Однос

парне

фазе

према

течној

фази

неког

горива

 (V/L) 

дефинише

се

као

запремина

насталих

пара