Tečna goriva

Tečna ili tekuća goriva našla su široku primenu u svim oblastima zahvaljujući svojim dobrim osobinama i prednostima u odnosu na čvrsta goriva. Ona poseduju: visoku toplotnu moć, mali sadržaj balasta, manje toplotne gubitke pri sagorevanju, mogućnost transporta cevovodima na velika rastojanja. Nedostaci tečnih goriva su: laka upaljivost i eksplozivnost, otrovnost pojedinih tečnih goriva i drugo.

Prema poreklu tečna goriva se dele na prirodna i prerađena.

Prirodna tečna goriva

Glavni predstavnik prirodnih tečnih goriva je nafta (ime potiče od staropersijske reči „nafata“, što znači znojiti se). Prema organskoj teoriji nafta je nastala od ostataka živih organizama složenim procesima u anaerobnim uslovima pod uticajem povišenog pritiska i temperature. Tako se smanjivao sadržaj kiseonika, azota, sumpora i drugih materija, a povećavao sadržaj ugljenika i vodonika. Nafta je fluoroscentna zelenkasto-mrka do tamno mrka uljasta tečnost. Sastoji se od velikog broja ugljovodonika različite molekulske mase i različite građe, uz prisustvo sumpora, kiseonika i azota (u primesama).

U sastav organske mase nafte nalazi se: 83-87%C, 11-14%H, 0,1-1%O, 0,05-1,5%N i 0,1-5%S. Kiseonik, azot i sumpor nalaze se u nafti u vezanom stanju u vidu raznih jedinjenja. Sadržaj {{|vode}} kreće se do 2%, a mineralnih primesa 0,1-0,3%. Gustina je od 820-920 kg/m3. Toplotna moć sirove nafte je oko 42-43MJ/kg.

Sirova nafta se ne koristi kao gorivo, već se prerađuje u niz tečnih goriva, maziva i sirovina za petrohemijsku industriju.

Sastav nafte

Sirova nafta se sastoji od velikog broja složenih ugljovodonika i poseduje u manjem procentu i druga jedinjenja. Osnovnu masu nafte čine tri grupe ugljovodonika:

Parafinski ugljovodonici (CnH2n+2)
Naftenski ugljovodonici (CnH2n)
Aromatski ugljovodonici (CnH2n-6)

Parafinski ugljovodonici su lančani zasićeni ugljovodonici (alkani, na primer oktan C₈H₁₈). Naftenski ugljovodonici su zasićeni prstenasti ugljovodonici (cikloalkani, na primer cikloheksanon C₆N₁₂). Aromatski ugljovodonici imaju prstenastu strukturu (na primer benzen C₆H₆). Parafinski i naftenski ugljovodonici poseduju visoku hemijsku stabilnost, a aromatski nešto manju. Prema sadržaju ugljovodoničnih grupa nafte se dela na: parafinske, naftenske i mešane. Sve nafte u sebi sadrže sumpor, odnosno jedinjenja sumpora. Maksimalni sadržaj sumpora u nafti je do 6%.

Prerađena tečna goriva

Prerađena tečna goriva se dobijaju preradom prirodnih goriva (tečnih, gasovitih ili čvrstih). Osnovni izvor za dobijanje prerađenih tečnih goriva je nafta, ali danas se rade istraživanja radi dobijanja što kvalitetnijih tečnih goriva preradom drugih supstanci, naročito uglja.

Prerada sirove nafte

Sirova nafta se prevozi cisternama, tankerima,naftovodima do postrojenja za peradu nafte tj. rafinerija. Osnovni postupak za peradu nafte je fizički postupak njenog razdvajanja na niz frakcija.Zagrevanjem nafte postepeno će se izdvajati i prelazitu u parno stanje prvo ugljovodonici sa nižom temperaturom ključanja, a zatim i ostali. Hlađenjem ugljovodonika koji ispare u određenom intervalu, dobijaju se različita tečna goriva i maziva. Prvobitno korišćen postupak za preradu nafte je bila frakciona destilacija, koja se zasnivala na postepenom zagrevanju nafte i postepenom isparavanju i kondezovanju. Danas se koristi postupak frakcione destilacije, kod koga se najveći deo nafte najpre ispari , a potom postepeno kondezuje.

Iz nafte se dobijaju primarna prerađena goriva:

Gasovita goriva,
Benzinska frakcija,
Petroleumska frakcija,
Dizel goriva,
Ulje za loženje,
Ostatak — teško ulje za loženje ili bitumen.

Proces prerade započinje dovođenjem nafte u cevastu peć, gde se zagreva do temperatuee 330-350 ⁰S. Zagrejana nafta zajedno sa nastalim parama uvodi se u rektifikacionu kolonu. Dovođenjem vodene pare nafta se dalje zagreva. Intezivnim suprotnosmernim strujanjem uz stalnu promenu faza(iz tečne u parnu i iz parne u tečnu) na određenim visinama kolone ostvaruju se temperature, koje odgovaraju granicama isparavanja pojedinih frakcija. Teži ugljovodonici sa višim temperaturama isparavanja kondezuju se na manjim visinama kolone, dok se lakši ugljovodonici kondezuju na većim visinama. Najlakši ugljovodonici i gasoviti ne kondezuju se u koloni već izlaze izvan nje. Na vrhu kolone dobija se laka benzinska frakcija, nešto niže petroleumska frakcija, a ispod nje se dobija gasno ulje ili dizel motorska frakcija.

Ostatak prerade atmosferske destilacije koristi se ili kao gorivo u kotlovima, ili služi kao sirovina za dalju preradu(za dobijanje mazivih ulja ili benzina sekundarnim procesima prerade). Prerada ostatka prve faze vrši se postupkom vakuum destilacije. Ostatak prerade prve faze dopunski se zagreje na temperaturu 420-430 ⁰S, a zatim uvodi u rektifikacionu kolonu koja se nalazi na sniženom pritisku(podpritisak 7-14kPa).Ovim se postiže snižavanje temperature ključanja ugljovodonika, a istovremeno sprečava razlaganje teških ugljovodonika koji se nalaze u ostatku. Preradom ostatka bakum destilacijom dobijaju se teška dizel motorksa goriva, niz frakcija mazivnih ulja i ostatak. Svi dobijeni proiѕvodi se moraju prečistiti, a veliki broj i preradi radi poboljšanja kvaliteta.

Prerada produkata primarne prerade nafte

Prerada produkata primarne nafte ostvaruje se sekudarnim procesima prerade , kojima se dorađuju proizvodi primarne prerade. Sekudarnim postupcima prerade postiže se dobijanje veće količine pojedinih proizvoda i dobijanje proizvoda boljeg kvaliteta. Sekudarni procesi su hemijski procesi, za razliku od primarnih koji su fizički procesi. Dele se na:

Postupak razgradnje ugljovodonika je poznat kao cracking postupak (krekovanje), kod koga se na povišenoj temperaturi i pritisku ugljovodonici višeg reda raspadaju na ugljovodonike nižeg reda.Krekovanjem parafinskog ugljovodonika višeg reda dobija se jedan parafinski ugljovodonik nižeg reda i jedan olefinski ugljovodonik. Kao sirovina za krekovanje najčešće se koristi ostatak prerade nafte atmosferskom destilacijom, a proizvod koji se dobija ovim postupkom je kreking benzin. Kreking benzin poseduje bolje karakteristike u odnosu na bezin dobijen frakcionisanjem nafte. Danas je u upotrebi postupak katalitičkog krekovanja koji se izvodi uz pomoć katalizatora, koji su sposobni da izazovu, usmere i ubrzaju proces. Katalizatori istovremeno omogućavaju da se proces izvodi pod povoljnim tehnološkim uslovima - na nižim tempreraturama i pritiscima.Postupak kataličkog krekovanja odvija se na pritiscima bliskim atmosferskom 0,1-0,3 MPa i temperaturama oko 500 °C.Kao katalizatori koriste se alumosilikati sa drugim metalnim oksidima(70-80% silicijum-oksid; 10-20% aluminijum-okcid i do 10% drugih oksida). Tokom vremena katalizatori gube svojstva usled naslaga čađi, koksa, delovanja sumpora i drugo pa ih je potrebno regenerisati.
Postupci izgradnje ugljovodonika omogućavaju da se od ugljovodonika nižeg reda dobijaju ugljovodonici višeg reda. Osnovni postupci ove grupe su polimerizacija i alkilacija. U ovim procesima učestvuju nezasićeni ugljovodonici , pa su zato polazne sirovine rafinerijski gasovi(gasovi nastali krekovanjem, koksovanjem, pirolizom i dr.). Izvode se kao katalitički procesi na povišenim temperaturama i pritiscima. Osnovni proizvodi ovih postupaka su polimer benzin, alkilat benzini i dr.
Postupci konverzacije ugljovodonika omogućuju prevođenje ugljovodonika jedne grupe u ugljovodonike druge grupe. Najčešće su u primeni procesi reformisanja i izomerizacije. Suština procesa sastoji se u aromatizaciji i izomerizaciji benzinskih frakcija. Izvode se isključivo kao katalitički procesi.
Postupci ugradnje ugljovodonika omogućuju uvođenje vodonika u sekundardnim procesima prerade, što je od značaja za dobijanje kvalitetnih srednjih frakcija (dizel motorskih frakcija).

Sintetička tečna goriva

Postupci dobijanja tečnih goriva iz uglja su hidriranje i sinteza.

Hidriranje se odvija na temperaturama između 350 i 500°S i pritisku od 20MR, a uz prisustvo katalizatora koji omogućavaju lako i brzo izvođenje procesa. Pri zagrevanju uglja iznad 350°S kidaju se prve lančane veze pri čemu se izdvajaju gasoviti produkti-volatili. Ako se ovom procesu dovodi vodonik u većim koncentracijama, popunjavaju se nezasićene veze i tako nastaju molekuli bogatiji vodonikom. Na taj način dobijaju se prvo teže, a zatim i lakše frakcije i na kraju benzin. Kao sirovina za dobijanje tečnih goriva hidriranjem mogu se koristiti i teški ostaci prerade nafte, kao i ter dobijen suvom destilacijom ugljeva.

Sinteza se izvodi prema Fišer-Tropšovom (Fisher-Tropsch) postupku i vrši se u nekoliko faza. U prvoj fazi se preko užarenog uglja prevodi vodena para, pri čemu nastaje vodeni ili sintezni gas , sastavljen od ugljenmonoksida i vodonika. Po ostranjenju sumpora u međufazi uvodi se vodonik, pri čemu se odvija sledeća reakcija: SO + 2N2= SN2 + N2O. Spajanjem SN2 grupa dolazi do stvaranja ulja sličnog nafti, koje se dalje prarađuje uobičajenim postupcima za preradu nafte. Pretežni udeo u ovim uljima imaju parafinski ugljovodonici. Sintezom se dobijaju dizel goriva izvanrednog kvaliteta, dok su benzini lošiji, zbog čega se moraju dalje poboljšavati. U današnje vreme ponovo raste interes za dobijanje tečnih goriva iz uglja.

Sintezom se dobijaju dizel goriva izvanrednog kvaliteta,dok su benzini lošiji, zbog čega se moraju dalje poboljšavati.

U današnje vreme ponovo raste interes za dobijanje tečnih i gasovitih goriva iz uglja.

Motorni benzini

Motorni benzini predstavljaju tečna goriva koja se koriste za pogon oto motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Pored opštih zahteva koji se postavljaju svakom gorivu, oni moraju da zadovolje i sledeće:

zahteve za obrazovanje smeše i
zahteve za sagorevanje nastale smeše.

Zahtevi za obrazovanje smeše - motorni benzin treba da sa vazduhom stvori homogenu smešu neophodnog sastava (koeficijenta viška vazduha) za bilo koje klimatske uslove. Zbog toga benzin treba da dobro i lako isparava, da poseduje dobre osobine prilikom puštanja motora u rad (hladnog odnosno zagrejanog motora), da obezbedi brzo zagrevanje hladnog motora, da ne utiče na habanje motora pri svim režimima rada motora i da ne stvara taloge u usisnoj grani motora i komori za sagorevanje.

Zahtevi za sagorevanje smeše - obrazovana smeša goriva i vazduha treba da što potpunije i brže sagori u predviđenom vremenskom intervalu. Zato treba da poseduje što veću toplotpu moć, da sagoreva bez pojave nenormalnih vidova sagorevanja na svim režimima rada motora i u bilo kojim klimatskim uslovima, da ne obrazuje toksične i kancerogene komponente u izduvnim gasovima, kao i da produkti sagorevanja ne deluju korodivno.

Povezano

Literatura

Slobodanka Marinković, Hemija i prerada nafte i gasa, 2008.
Prvoslav Trifunović, Rade Tokalić, Nenad Đukanović: Materijali u rudarstvu, Beograd, 2009.