Жидкое топливо - Liquid fuel

Пылающий коктейль работает за счет сжигания этанола (зернового спирта), жидкого топлива, которое также содержится во всех алкогольных напитках.

Жидкое топливо - это горючие или генерирующие энергию молекулы, которые можно использовать для создания механической энергии , обычно производящей кинетическую энергию ; они также должны принимать форму своего сосуда. Воспламеняются пары жидкого топлива, а не жидкость. Большинство широко используемых жидких видов топлива получают из ископаемых видов топлива ; однако существует несколько типов, например водородное топливо (для использования в автомобилях ), этанол и биодизель , которые также относятся к категории жидкого топлива. Многие виды жидкого топлива играют первостепенную роль в транспорте и экономике.

Жидкое топливо контрастирует с твердым топливом и газообразным топливом .

Общие свойства

Некоторые общие свойства жидкого топлива заключаются в том, что его легко транспортировать и относительно легко обращаться с ним. Физические свойства жидкого топлива меняются в зависимости от температуры, хотя и не так сильно, как у газообразного топлива. Вот некоторые из этих свойств: температура вспышки , самая низкая температура, при которой образуется легковоспламеняющаяся концентрация пара; точка возгорания , температура, при которой будет происходить устойчивое горение пара; точка помутнения дизельного топлива, температура, при которой растворенные парафинистые соединения начинают коалесцировать, и точка застывания , температура, ниже которой топливо слишком густое, чтобы его можно было свободно разлить. Эти свойства влияют на безопасность и обращение с топливом.

Нефтяное топливо

Рабочий собирает образцы топлива для испытаний на борту корабля

Большинство жидких видов топлива, используемых в настоящее время, производится из нефти . Самый заметный из них - бензин . Ученые обычно признают, что нефть образовалась из окаменелых останков мертвых растений и животных под воздействием тепла и давления в земной коре.

Бензин

Бензин - наиболее широко используемое жидкое топливо. Бензин, как его называют в США и Канаде, или бензин практически повсюду, состоит из молекул углеводородов (соединений, содержащих только водород и углерод), образующих алифатические соединения или цепочки атомов углерода с присоединенными атомами водорода. Однако многие ароматические соединения (углеродные цепи, образующие кольца), такие как бензол , естественным образом содержатся в бензине и вызывают риски для здоровья, связанные с длительным воздействием топлива.

Производство бензина достигается путем перегонки из сырой нефти . Желаемую жидкость отделяют от сырой нефти на нефтеперерабатывающих заводах . Сырая нефть добывается из земли в нескольких процессах, наиболее часто встречающимися могут быть балочные насосы . Для того, чтобы создать бензин, нефть сначала должна быть удалена из сырой нефти.

Сам сжиженный бензин на самом деле не сгорает, но его пары воспламеняются, в результате чего оставшаяся жидкость испаряется, а затем сгорает. Бензин чрезвычайно летуч и легко воспламеняется, что делает любую утечку чрезвычайно опасной. Бензин, продаваемый в большинстве стран, имеет опубликованное октановое число . Октановое число - это эмпирическая мера устойчивости бензина к преждевременному возгоранию, известному как детонация . Чем выше октановое число, тем устойчивее топливо к самовоспламенению при высоком давлении, что обеспечивает более высокую степень сжатия . Двигатели с более высокой степенью сжатия, обычно используемые в гоночных автомобилях и высокопроизводительных автомобилях обычного производства, могут производить больше мощности; однако такие двигатели требуют топлива с более высоким октановым числом. В прошлом повышение октанового числа достигалось за счет добавления «антидетонационных» присадок, таких как тетраэтил свинца. Из-за воздействия свинцовых добавок на окружающую среду октановое число сегодня повышается за счет очистки от примесей, вызывающих детонацию.

Дизель

Обычное дизельное топливо похоже на бензин в том, что оно представляет собой смесь алифатических углеводородов, извлеченных из нефти. Дизельное топливо может стоить больше или меньше, чем бензин, но, как правило, его производство дешевле, поскольку используемые процессы экстракции проще. В некоторых странах (особенно в Канаде, Индии и Италии) также действуют более низкие налоговые ставки на дизельное топливо.

После перегонки дизельная фракция обычно обрабатывается для уменьшения количества серы в топливе. Сера вызывает коррозию транспортных средств, кислотные дожди и более высокие выбросы сажи из выхлопной трубы. Исторически сложилось так, что в Европе по закону требовалось более низкое содержание серы, чем в Соединенных Штатах. Однако недавнее законодательство США снизило максимальное содержание серы в дизельном топливе с 3000 ppm до 500 ppm в 2007 году и 15 ppm к 2010 году. Подобные изменения также происходят в Канаде, Австралии, Новой Зеландии и некоторых азиатских странах. См. Также дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы .

Дизельный двигатель представляет собой тип двигателя внутреннего сгорания , который поджигает топливо путем введения его в камеру сгорания предварительно сжатого воздуха (с которого в свою очередь , повышает температуру) в отличие от использования внешнего источника зажигания, например, свечи зажигания.

Керосин

Керосин используется в керосиновых лампах и в качестве топлива для приготовления пищи, отопления и небольших двигателей. Он заменил китовый жир для освещения. Топливо для реактивных двигателей производится нескольких марок ( Автур , Джет А , Джет А-1 , Джет Б , JP-4 , JP-5 , JP-7 или JP-8 ), которые представляют собой смеси керосинового типа. Одна из форм топлива, известная как RP-1, сжигается с жидким кислородом в качестве ракетного топлива. Эти керосины топливного качества соответствуют требованиям по точкам дыма и замерзания.

В середине 20 века керосин или TVO (Tractor Vaporising Oil) использовался в качестве дешевого топлива для тракторов. Двигатель запускался на бензине, а затем переключался на керосин, когда двигатель прогревался. «Тепловой клапан» на коллекторе будет направлять выхлопные газы по впускной трубе, нагревая керосин до точки, где он может воспламениться от электрической искры .

Керосин иногда используется в качестве добавки к дизельному топливу для предотвращения гелеобразования или образования парафина при низких температурах. Однако это не рекомендуется для некоторых современных дизельных двигателей транспортных средств, так как это может повлиять на работу оборудования, регулирующего выбросы двигателя.

Сжиженный углеводородный газ (LPG)

Сжиженный нефтяной газ представляет собой смесь пропана и бутана , оба из которых являются легко сжимаемыми газами при стандартных атмосферных условиях. Он обладает многими преимуществами сжатого природного газа (СПГ), но горит не так чисто, он плотнее воздуха и намного легче сжимается. Сжиженный нефтяной газ и сжатый пропан, которые обычно используются для приготовления пищи и отопления помещений, все чаще используются в моторизованных транспортных средствах; пропан - третье по популярности моторное топливо в мире.

Ископаемое топливо, отличное от нефти

Когда нефть недоступна, можно использовать химические процессы, такие как процесс Фишера-Тропша, для производства жидкого топлива из угля или природного газа . Синтетическое топливо из угля было стратегически важным во время Второй мировой войны для немецких военных. Сегодня синтетическое топливо, производимое из природного газа, производится, чтобы использовать более высокую ценность жидкого топлива при транспортировке.

Природный газ

Природный газ , состоящий в основном из метана , можно сжимать до жидкости и использовать в качестве заменителя других традиционных жидких видов топлива. Его сгорание очень чистое по сравнению с другим углеводородным топливом, но низкая точка кипения топлива требует, чтобы топливо поддерживалось при высоком давлении, чтобы поддерживать его в жидком состоянии. Хотя он имеет гораздо более низкую температуру воспламенения, чем такое топливо, как бензин, он во многих отношениях безопаснее из-за более высокой температуры самовоспламенения и низкой плотности, что приводит к его рассеиванию при выбросе в воздух.

Биодизель

Биодизель похож на дизельное топливо, но имеет различия, аналогичные различиям между бензином и этанолом. Например, биодизель имеет более высокое цетановое число (45-60 по сравнению с 45-50 для дизельного топлива, полученного из сырой нефти) и действует как чистящее средство, избавляющее от грязи и отложений. Утверждалось, что это становится экономически целесообразным только при ценах на нефть в 80 долларов (40 фунтов или 60 евро на конец февраля 2007 года) за баррель. Однако это зависит от местности, экономической ситуации, позиции правительства в отношении биодизеля и множества других факторов, и в некоторых странах было доказано, что это жизнеспособно при гораздо более низких затратах. Кроме того, он дает примерно на 10% меньше энергии, чем обычное дизельное топливо. По аналогии с использованием более высоких степеней сжатия, используемых для двигателей, сжигающих более высокие октановые спирты и бензин в двигателях с искровым зажиганием, использование высокого цетанового числа биодизеля потенциально может преодолеть дефицит энергии по сравнению с обычным дизельным двигателем № 2.

Спирты

Обычно термин алкоголь относится к этанолу, первому органическому химическому веществу, производимому человеком, но любой спирт можно сжечь в качестве топлива. Этанол и метанол являются наиболее распространенными, поскольку они достаточно недорогие, чтобы быть полезными.

Метанол

Метанол - самый легкий и простой спирт , производимый из метана, составляющего природный газ . Его применение ограничено в первую очередь из-за его токсичности (аналогично бензину), но также из-за его высокой коррозионной активности и смешиваемости с водой. Небольшие количества используются в некоторых типах бензина для повышения октанового числа . Топливо на основе метанола используется в некоторых гоночных автомобилях и моделях самолетов.

Метанол также называют метиловым спиртом или древесным спиртом , потому что раньше он производился путем перегонки древесины. Он также известен под названием метилгидрат .

Спирт этиловый

Этанол , также известный как зерновой спирт или этиловый спирт, обычно содержится в алкогольных напитках . Однако его также можно использовать в качестве топлива, чаще всего в сочетании с бензином. По большей части он используется в соотношении бензина к этанолу 9: 1, чтобы уменьшить негативное воздействие бензина на окружающую среду.

Растет интерес к использованию смеси 85% топливного этанола и 15% бензина. Эта топливная смесь под названием E85 имеет более высокое октановое число, чем большинство бензинов премиум-класса. При использовании в современном автомобиле с гибким топливом он обеспечивает более высокие характеристики заменяемого бензина за счет более высокого расхода топлива из-за меньшего удельного энергосодержания этанола.

Этанол для использования в бензиновых и промышленных целях можно рассматривать как ископаемое топливо , поскольку он часто синтезирует из нефтепродуктов этилена , который дешевле , чем производство от брожения из зерна или сахарного тростника .

Бутанол

Бутанол - это спирт, который можно использовать в качестве топлива в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания без модификации двигателя. Это , как правило , является продуктом ферментации биомассы с помощью бактерии Clostridium acetobutylicum (также известный как организм Вейцмановского). Этот процесс был впервые описан Хаимом Вейцманном в 1916 году для производства ацетона из крахмала для производства кордита , бездымного пороха.

Преимуществами бутанола являются его высокое октановое число (более 100) и высокое энергосодержание, лишь примерно на 10% ниже, чем у бензина, и, следовательно, примерно на 50% более энергоемкое, чем у этанола, и на 100% больше, чем у метанола. Единственными серьезными недостатками бутанола являются его высокая температура воспламенения (35 ° C или 95 ° F), токсичность (обратите внимание, что уровни токсичности существуют, но точно не подтверждены) и тот факт, что процесс ферментации возобновляемого бутанола издает неприятный запах. Организм Вейцмана может переносить только уровни бутанола до 2% или около того, по сравнению с 14% для этанола и дрожжей. Производство бутанола из нефти не дает такого запаха, но ограниченные поставки и воздействие на окружающую среду от использования масла сводят на нет цель использования альтернативных видов топлива. Стоимость бутанола составляет около 1,25–1,32 доллара за килограмм (0,57–0,58 доллара за фунт или примерно 4 доллара за галлон США). Бутанол намного дороже этанола (примерно 40 центов за литр или 1,50 доллара за галлон) и метанола.

20 июня 2006 года DuPont и BP объявили, что они переоборудуют существующий завод по производству этанола для производства 9 миллионов галлонов (34 000 кубических метров) бутанола в год из сахарной свеклы. DuPont поставила цель быть конкурентоспособной с нефтью на уровне 30-40 долларов за баррель (0,19-0,25 доллара за литр) без субсидий, поэтому разрыв в ценах на этанол сокращается.

Водород

Сжиженный водород - это жидкое состояние элемента водорода . Это обычное жидкое ракетное топливо для ракетных приложений и может использоваться в качестве топлива в двигателе внутреннего сгорания или топливном элементе . Различные концепции водородных транспортных средств имели более низкую объемную энергию, объемы водорода, необходимые для сгорания, велики. Впервые водород был сжижен Джеймсом Дьюаром в 1898 году.

Аммиак

Аммиак (NH ₃ ) раньше использовался в качестве топлива, когда бензин был недоступен (например, для автобусов в Бельгии во время Второй мировой войны). Его объемная плотность энергии составляет 17 мегаджоулей на литр (по сравнению с 10 для водорода, 18 для метанола, 21 для диметилового эфира и 34 для бензина). Он должен быть сжат или охлажден, чтобы стать жидким топливом, хотя он не требует криогенного охлаждения, как водород для сжижения.

использованная литература

внешние ссылки

• СМИ, связанные с жидким топливом, на Викискладе?