Angliavandeniliai yra organiniai junginiai, sudaryti tik iš anglies ir vandenilio atomų. Jie yra vieni svarbiausių gamtos išteklių ir sudaro pagrindą daugeliui pramonės šakų, ypač energetikos sektoriui.
Pagrindiniai Angliavandenilių Šaltiniai: Nafta ir Gamtinės Dujos
Pagrindiniai gamtiniai angliavandenilių šaltiniai yra gamtinės dujos, nafta ir akmens anglys. Šie ištekliai susidaro giliai žemės gelmėse per milijonus metų veikiant aukštam slėgiui ir temperatūrai, skaidantis organinėms medžiagoms. Gamtinės dujos, kurių pagrindinė sudedamoji dalis yra metanas, taip pat naudojamos kaip kuras.
Nafta: Kilmė, Savybės ir Sudėtis
Nafta - tai gamtinis skystas, tamsios spalvos angliavandenilių mišinys, aliejaus konsistencijos. Ji randama nuosėdinės kilmės akytose uolienose, įsisunkusi į smėlį, smiltainį, klintį. Nafta yra vienas svarbiausių gamtinių išteklių. D. Mendelejevas apie naftos vertę yra pasakęs: „Nafta - ne kuras, kūrenti galima ir banknotais.“
Naftos kilmės teorijos
Yra kelios naftos kilmės teorijos, tačiau populiariausios yra biogeninė (iš organizmų) ir nebiogeninė (iš Žemės mantijos).
- Biogeninės teorijos teigimu, nafta, kaip ir dujos ar akmens anglis, susidarė dėl slėgio ir karščio iš jūros organizmų, kurie, žuvę, grimzdo į jūros dugną.
- Nebiogeninė teorija teigia, kad Žemėje visada buvo tam tikras angliavandenilių kiekis, kuris laikui bėgant, veikiamas šilumos ir slėgio, virto nafta.
Naftos fizikinės savybės
Naftos fizikinės savybės yra labai įvairios. Jos spalva gali svyruoti nuo šviesiai rudos ir geltonos iki tamsiai rudos ir juodos, dažnai su žalsvu atspalviu. Tankis yra svarbus rodiklis, sąlygojamas asfalto, dervų kiekio, angliavandenilių molekulinio svorio ir kitų veiksnių. Naftos tankis gali kisti nuo 0,65 iki 1,00 g/cm³. Pagal tankį nafta skirstoma į:
- Lengvąją (iki 0,87 g/cm³)
- Vidutinio tankio (0,87-0,91 g/cm³)
- Sunkiają (daugiau nei 0,91 g/cm³)
Naftos tirpumas vandenyje yra labai silpnas, tačiau jos komponentai tirpsta pakankamai gerai organiniuose tirpikliuose. Daugelis naftą sudarančių komponentų pasižymi liuminescencija, t. y. švytėjimu apšvitinus.
Naftos cheminė sudėtis
Naftos sudėtis yra sudėtinga. Pagrindinę dalį sudaro angliavandeniliniai junginiai (apie 82-87% anglies ir 12-15% vandenilio), taip pat yra neangliavandenilinių junginių, tokių kaip dervos, asfaltenai, ir nedidelis kiekis sieros, azoto bei deguonies junginių (0,5-2%).
Naftos Perdirbimas ir Benzino Gamyba
Naftos perdirbimas yra sudėtingas procesas, kurio metu iš žaliavinės naftos gaunama daugybė naudingų produktų, įskaitant benziną, žibalą, dyzeliną, mazutą ir kt. Lietuvoje naftos perdirbimo įmonė yra Mažeikiuose (AB „ORLEN Lietuva“).
Pirminis perdirbimas: Distiliacija
Naftos perdirbimas prasideda distiliacija - proceso metu nafta, turinti skirtingas virimo temperatūras, išskirstoma į lengvas ir sunkias frakcijas. Pirminio naftos perdirbimo metu, distiliuojant rektifikacijos kolonose, gaunamos įvairios frakcijos:
- Dujos (<30 °C)
- Benzinas (30 - 200 °C)
- Žibalas (120 - 320 °C)
- Gazolis (160 - 380 °C)
Liekana, turinti virimo temperatūrą virš 380 °C, yra mazutas.
Benzino frakcijoje yra angliavandeniliai, kurių molekulinė formulė atitinka C5-C12 anglies atomų skaičių. Šie angliavandeniliai gali būti tiek alkanai, tiek alkenai, tiek cikloalkanai ir aromatiniai junginiai.
Kaip iš žalios naftos gaminamas benzinas? Naftos perdirbimo procesas supaprastintas!
Antrinis perdirbimas: Krekingas ir Reformingas
Kadangi pirminio perdirbimo metu benzino gaunama nedaug (tik 10-15%), o jo kokybė (atsparumas detonacijai) ne visada pakankama, naudojami antriniai naftos perdirbimo būdai.
- Krekingas: Tai aukštos virimo temperatūros angliavandenilių molekulių skaidymo procesas į paprastesnes, žemos virimo temperatūros molekules. Taikant šį būdą, benzino išeiga gali padidėti iki 60-80%. Katalitinis krekingas, vykstantis su katalizatorių pagalba, leidžia gauti aukštaoktaninį benziną.
- Reformingas: Šio proceso paskirtis - padidinti benzino atsparumą detonacijai, paverčiant alkanus ir cikloalkanus aromatiniais angliavandeniliais. Šis procesas vyksta aukštoje temperatūroje ir slėgyje, dalyvaujant katalizatoriams. Kuo daugiau arenų (aromatinių angliavandenilių) yra benzine, tuo didesnis jo oktaninis skaičius.
Angliavandenilių Klasifikacija ir Jų Savybės
Angliavandeniliai skirstomi į kelias pagrindines klases pagal ryšių tipą tarp anglies atomų:
- Alkanai (sočiųjų angliavandenilių): Turi tik viengubuosius ryšius tarp anglies atomų. Jų bendroji formulė yra CnH2n+2 (neciklinėms struktūroms). Pavyzdys: CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ (butanas). Alkanai yra paprasčiausi angliavandeniliai ir gali būti linijinės arba šakotos struktūros.
- Alkenai (nesočiųjų angliavandenilių): Turi vieną dvigubą ryšį tarp anglies atomų (C=C). Jų bendroji formulė yra CnH2n (neciklinėms struktūroms). Alkenai, kurių molekulės yra pakankamai mažos (pvz., etenas, propenas), yra dujos. Alkenai gali polimerizuotis, sudarydami ilgas grandines. Pavyzdys: propenas CH₃-CH=CH₂. Alkenams būdinga geometrinė izomerija.
- Alkinai (nesočiųjų angliavandenilių): Turi vieną trigubą ryšį tarp anglies atomų (C≡C). Jų bendroji formulė yra CnH2n-2. Alkinų molekulėse ryšiai tarp anglies atomų yra triskart stipresni nei viengubieji.
- Cikloalkanai: Turi bent vieną anglies atomų žiedą.
- Aromatiniai angliavandeniliai (arenai): Turi bent vieną aromatinę grupę, dažniausiai benzeno žiedą.
Anglies valentingumas organiniuose junginiuose yra keturvalentis. Visiškai sudegus alkenams, alkanams, alkinams susidaro anglies dioksidas ir vanduo. Kai kurie angliavandeniliai, pavyzdžiui, etenas, naudojami vaisiams nokinti. Kiti, kaip acetilenas (etinas), naudojami metalams pjaustyti ir suvirinti.
Benzinas: Sudėtis ir Kokybės Rodikliai
Benzinas yra sudėtingas angliavandenilių mišinys, gaunamas naftos perdirbimo metu. Jis susideda iš maždaug 200-300 skirtingų junginių, kurių virimo temperatūros yra apytikriai tarp 30 ir 215 °C. Benzinas daugiausia susideda iš angliavandenilių, kuriuose yra nuo 5 iki 12 anglies atomų. Vairuotojui ir vartotojui nėra labai svarbi tiksli benzino sudėtis, - svarbiausia jo eksploatacinės savybės. Benzinui taikoma daug įvairių kokybės rodiklių, kurių visi faktiniai dydžiai nurodomi kokybės pažymėjime, kuris lydi kiekvieną išsiunčiamą produkcijos siuntą.
Oktaninis skaičius ir detonacija
Benzino kokybę apibūdina jo oktaninis skaičius. Jis nusako benzino savybę vidaus degimo variklyje sudegti be detonacijos. Detonacija - tai savaiminis ir priešlaikinis benzino garų ir oro mišinio užsidegimas ne nuo žvakės, bet nuo suspaudimo bei įkaitusių cilindro dalių. Minėtojo mišinio atsparumas savaiminei detonacijai nusakomas oktaniniu skaičiumi. Kuo aukštesnis oktaninis skaičius, tuo didesnis variklio suspaudimo laipsnis ir galia gali būti naudojami. Pavyzdžiui, A-95 markė reiškia, kad benzino atsparumas detonacijai yra ne mažesnis kaip 95.
Oktaninis skaičius nustatomas dviem būdais:
- Varikliniu (charakterizuoja važiavimą miesto sąlygomis)
- Tiriamuoju (greitkelio sąlygomis)
Kuro su antidetonacinėmis savybėmis etalonu pasirinktas 2,2,4-trimetilpentanas (oktaninis skaičius 100), o etalonu su žemiausiomis antidetonacinėmis savybėmis - n-heptanas (oktaninis skaičius 0). Benzino, kurio oktaninis skaičius 80, antidetonacinės savybės atitinka 80% 2,2,4-trimetilpentano ir 20% n-heptano mišinį.
Antidetonaciniai priedai
AB „ORLEN Lietuva“ jau nuo 1995 metų oktano skaičiaus didinimui nenaudoja etiliavimo (tetraetilšvino) priedo. Vietoj jo aukštaoktaniniams benzinams naudojamas metiltretbutilo eteris (MTBE), izomerizatas, oligomerizatas, alkilatas ar daugiaoktanis angliavandenilių mišinys. Reiktų atkreipti dėmesį, kad tokio benzino nereikėtų ilgai sandėliuoti nesandariuose induose, nes didžioji dalis MTBE ir alkilato nugaruos (šių komponentų virimo temperatūros yra žemesnės už nulį).
Korozinis aktyvumas
Korozinis benzino aktyvumas charakterizuoja cheminių reakcijų greitį tarp benzino, jo degimo produktų ir medžiagų, iš kurių pagamintos visos sistemos, kuriomis produktai cirkuliuoja (kuro padavimo, išmetimo sistemos, degimo kameros). Korozinis aktyvumas nustatomas vario plokštelės korozijos bandymu. Tai bandymas, kurio metu sudaromos geros sąlygos korozijai: nušlifuota varinė plokštelė išlaikoma 50 °C temperatūros benzine tris valandas. Apie korozinį aktyvumą sprendžiama iš vario plokštelės spalvos pasikeitimo. Korozinis aktyvumas priklauso nuo benzino rūgštingumo, bendro sieros kiekio, merkaptaninės sieros, vandenyje tirpių rūgščių ir šarmų kiekio.
Sieros kiekis benzine
„ORLEN Lietuva“ gaminamame benzine sieros kiekis neviršija 10 ppm (0,001%). Tai visiškai atitinka dabartinius Europos standartus. Faktiniai sieros junginių kiekiai neviršija 8 ppm (0,0008%). Pagal ES reikalavimus sieros junginių kiekis benzinuose nuo 2009 metų sausio 1 dienos neturi viršyti 10 ppm.
Multifunkciniai priedai
Bandymais nustatyta, kad net labai geras benzinas sudegdamas palieka nuodegas. Joms pašalinti naudojami multifunkciniai priedai. Jie yra pilami į benziną tik prieš pateikiant vartotojui. Šie priedai neleidžia nuodegoms prilipti prie sienelių, išvalo cilindrus, degimo kamerą, vožtuvus ir kuro purkštukus, taip išplaudami visą kuro sistemą, pradedant nuo benzino bako. Multifunkciniai priedai skatina geresnį kuro sudegimą cilindruose, dėl to kuro sąnaudos sumažėja iki 2,5%. Jie padengia variklio kuro sistemą antikorozine plėvele, šalina iš šios sistemos vandenį ir neleidžia užsikimšti filtrams, kas ypač aktualu žiemos metu. Benzinas su multifunkciniais priedais, pagamintas AB „ORLEN Lietuva“, turi prekinį pavadinimą VERVA. Anksčiau šie benzinai turėjo prekinį pavadinimą „Ventus“.
Etanolis kaip biopriedas
Nuo 2007 metų Lietuvos rinkai tiekiamas benzinas maišomas su denatūruotu biologinės kilmės etanoliu. Etanolis kaip priedas pradėtas naudoti, siekiant užtikrinti įsipareigojimus ES dėl kuro, pagaminto iš atsinaujinančių šaltinių, panaudojimo. Etanolis taip pat turi didelį oktano skaičių, tačiau didesnius jo kiekius benzine riboja padidėjęs mišinio garavimo intensyvumas (sočiųjų garų slėgis). Jis ribojamas siekiant išvengti nuostolių sandėliavimo metu ir dujų kamščių kuro padavimo sistemoje.
tags: #gamtinis #angliavandenis #benzinas