Kapalné palivo - Liquid fuel

Hořící koktejl funguje spalováním ethanolu (obilného alkoholu), což je druh kapalného paliva, které se také vyskytuje ve všech alkoholických nápojích

Kapalná paliva jsou hořlavé nebo energeticky generující molekuly, které lze využít k vytvoření mechanické energie , obvykle produkující kinetickou energii ; také musí mít tvar své nádoby. Jsou to výpary kapalných paliv, které jsou místo kapaliny hořlavé. Většina běžně používaných kapalných paliv pochází z fosilních paliv ; existuje však několik typů, jako je vodíkové palivo (pro použití v automobilech ), ethanol a bionafta , které jsou také kategorizovány jako kapalné palivo. Mnoho kapalných paliv hraje primární roli v dopravě a hospodářství.

Kapalná paliva jsou v kontrastu s tuhými palivy a plynnými palivy .

Obecné vlastnosti

Některé běžné vlastnosti kapalných paliv spočívají v tom, že se snadno přepravují a lze s nimi relativně snadno zacházet. Fyzikální vlastnosti kapalných paliv se liší podle teploty, i když ne tak výrazně jako u plynných paliv. Některé z těchto vlastností jsou: bod vzplanutí , nejnižší teplota, při které se vytváří hořlavá koncentrace páry; bod požáru , teplota, při které dojde k trvalému hoření páry; bod zákalu pro motorovou naftu, teplota, při které se rozpuštěné voskové sloučeniny začnou slévat, a bod tuhnutí , teplota, pod kterou je palivo příliš husté na to, aby se mohlo volně sypat. Tyto vlastnosti ovlivňují bezpečnost a manipulaci s palivem.

Ropná paliva

Pracovník shromažďující vzorky paliva pro testování na palubě lodi

Většina aktuálně používaných kapalných paliv je vyráběna z ropy . Nejpozoruhodnější z nich je benzín . Vědci obecně uznávají, že ropa vytvořená ze zkamenělých zbytků mrtvých rostlin a živočichů vystavením teplu a tlaku v zemské kůře.

Benzín

Benzín je nejpoužívanější kapalné palivo. Benzín, jak je známý ve Spojených státech a Kanadě, nebo benzín prakticky všude jinde, je vyroben z molekul uhlovodíků (sloučenin, které obsahují pouze vodík a uhlík) tvořících alifatické sloučeniny nebo řetězců uhlíků s připojenými atomy vodíku. Mnoho aromatických sloučenin (uhlíkové řetězce tvořící kruhy), jako je benzen, se však přirozeně nachází v benzínu a způsobuje zdravotní rizika spojená s dlouhodobým vystavením palivu.

Výroba benzínu je dosaženo destilací z ropy . Žádaná kapalina se separuje ze surové ropy v rafinériích . Surová ropa se získává ze země v několika procesech, nejběžněji jsou to paprsková čerpadla . K výrobě benzínu musí být ropa nejprve odstraněna ze surové ropy.

Kapalný benzín sám o sobě není ve skutečnosti spálen, ale jeho výpary se vznítí, což způsobí odpaření zbývající kapaliny a její následné spálení. Benzín je extrémně těkavý a snadno hoří, takže jakýkoli únik je potenciálně extrémně nebezpečný. Benzín prodávaný ve většině zemí nese zveřejněné oktanové číslo . Oktanové číslo je empirická míra odolnosti benzínu předčasně hořet, známá jako klepání . Čím vyšší je oktanové číslo, tím je palivo odolnější vůči samovznícení při vysokých tlacích, což umožňuje vyšší kompresní poměr . Motory s vyšším kompresním poměrem, běžně používané v závodních automobilech a vysoce výkonných automobilech běžné výroby, mohou produkovat více energie; takové motory však vyžadují vyšší oktanové palivo. Zvýšení oktanového čísla bylo v minulosti dosaženo přidáním aditiv „proti klepání“, jako je olovo-tetraethyl. Kvůli dopadu olovnatých přísad na životní prostředí se dnes oktanové hodnocení zvyšuje rafinací nečistot, které způsobují klepání.

Diesel

Konvenční nafta je podobná benzínu v tom, že je směsí alifatických uhlovodíků extrahovaných z ropy. Nafta může stát více nebo méně než benzín, ale obecně stojí výrobu méně, protože použité extrakční procesy jsou jednodušší. Některé země (zejména Kanada, Indie a Itálie) mají také nižší daňové sazby na motorovou naftu.

Po destilaci se frakce nafty obvykle zpracovává tak, aby se snížilo množství síry v palivu. Síra způsobuje korozi ve vozidlech, kyselé deště a vyšší emise sazí z koncového potrubí (výfukového potrubí). Historicky bylo v Evropě ze zákona požadováno nižší množství síry než ve Spojených státech. Nedávné americké právní předpisy však snížily maximální obsah síry v naftě z 3 000 ppm na 500 ppm v roce 2007 a 15 ppm do roku 2010. Podobné změny probíhají také v Kanadě, Austrálii, na Novém Zélandu a v několika asijských zemích. Viz také motorová nafta s velmi nízkým obsahem síry .

Vznětový motor je typ vnitřního spalovacího motoru , který se zapálí palivo vstřikováním do spalovací komory předem stlačeným vzduchem (což zvýší teplotu), ve srovnání s použitím vnějšího zdroje zapalování, jako je zapalovací svíčky.

Petrolej

Petrolej se používá v petrolejových lampách a jako palivo pro vaření, topení a malé motory. Je vytlačen velrybí olej pro použití osvětlení. Tryskové palivo pro proudové motory se vyrábí v několika stupních ( Avtur , Jet A , Jet A-1 , Jet B , JP-4 , JP-5 , JP-7 nebo JP-8 ), což jsou směsi petrolejového typu. Jedna forma paliva známá jako RP-1 se spaluje kapalným kyslíkem jako raketové palivo. Tyto petroleje třídy paliva splňují specifikace pro kouřové body a mrazové body.

V polovině 20. století byl jako levné palivo pro traktory používán petrolej nebo „TVO“ (Tractor Vaporising Oil). Motor se nastartoval na benzín a poté se po zahřátí motoru přepnul na petrolej. „Tepelný ventil“ na rozdělovači by vedl výfukové plyny kolem sacího potrubí a zahříval petrolej do bodu, kdy může být zapálen elektrickou jiskrou .

Petrolej se někdy používá jako přísada do motorové nafty, aby se zabránilo gelování nebo voskování za nízkých teplot. To však není vhodné u některých současných vznětových motorů vozidel, protože by to mohlo narušit zařízení pro regulaci emisí motoru.

Zkapalněný ropný plyn (LPG)

LP plyn je směsí propanu a butanu , což jsou za standardních atmosférických podmínek snadno stlačitelné plyny. Nabízí mnoho výhod stlačeného zemního plynu (CNG), ale nehoří tak čistě, je hutnější než vzduch a mnohem snáze se stlačuje. Běžně se používá pro vaření a vytápění prostor, LP plyn a stlačený propan se stále častěji používají v motorových vozidlech; propan je celosvětově třetím nejčastěji používaným motorovým palivem.

Neropná fosilní paliva

Není -li ropa snadno dostupná, lze k výrobě kapalných paliv z uhlí nebo zemního plynu použít chemické postupy, jako je Fischer -Tropschův proces . Syntetická paliva z uhlí byla během druhé světové války pro německou armádu strategicky důležitá. Dnes se vyrábí syntetická paliva vyrobená ze zemního plynu, aby se využila vyšší hodnota kapalných paliv v dopravě.

Zemní plyn

Zemní plyn , složený převážně z metanu , lze stlačit na kapalinu a použít jako náhradu za jiná tradiční kapalná paliva. Jeho spalování je ve srovnání s jinými uhlovodíkovými palivy velmi čisté , ale nízký bod varu paliva vyžaduje, aby bylo palivo udržováno pod vysokým tlakem, aby zůstalo v kapalném stavu. Ačkoli má mnohem nižší bod vzplanutí než paliva, jako je benzín, je v mnoha ohledech bezpečnější díky vyšší teplotě samovznícení a nízké hustotě, což způsobuje, že se rozptyluje, když se uvolňuje do vzduchu.

Bionafta

Bionafta je podobná naftě, ale má podobné rozdíly mezi benzínem a ethanolem. Například bionafta má vyšší cetanové hodnocení (45-60 ve srovnání s 45-50 pro naftu získanou ze surové ropy) a funguje jako čisticí prostředek, který zbavuje nečistoty a usazeniny. Argumentovalo se, že se to stane ekonomicky proveditelným pouze nad cenami ropy 80 USD (40 GBP nebo 60 EUR ke konci února 2007) za barel. To však závisí na lokalitě, ekonomické situaci, postoji vlády k bionaftě a řadě dalších faktorů- a v některých zemích se ukázalo, že je životaschopné za mnohem nižších nákladů. Také poskytuje přibližně o 10% méně energie než běžná nafta. Analogicky k použití vyšších kompresních poměrů používaných pro motory spalující vyšší oktanové alkoholy a benzín v zážehových motorech může využití vysokého cetanového hodnocení bionafty potenciálně překonat energetický deficit ve srovnání s běžnou naftou číslo 2.

Alkoholy

Obecně se termínem alkohol rozumí ethanol, první organická chemikálie vyráběná lidmi, ale jakýkoli alkohol lze spálit jako palivo. Nejběžnější jsou ethanol a methanol , které jsou dostatečně levné, aby byly užitečné.

Methanol

Methanol je nejlehčí a nejjednodušší alkohol , vyrobené ze zemního plynu komponent methanu . Jeho použití je omezeno především kvůli jeho toxicitě (podobně jako benzín), ale také kvůli jeho vysoké korozi a mísitelnosti s vodou. V některých typech benzínu se používá malé množství ke zvýšení oktanového čísla . Paliva na bázi methanolu se používají v některých závodních automobilech a modelových letadlech.

Methanolu se také říká metylalkohol nebo dřevní alkohol , protože se dříve vyráběl destilací dřeva. Je také známý pod názvem methylhydrát .

Ethanol

Ethanol , také známý jako obilný alkohol nebo ethylalkohol, se běžně vyskytuje v alkoholických nápojích . Může však být také použit jako palivo, nejčastěji v kombinaci s benzínem. Z velké části se používá v poměru 9: 1 benzínu k ethanolu, aby se snížily negativní vlivy benzínu na životní prostředí.

Roste zájem o použití směsi 85% ethanolu paliva smíchané s 15% benzinu. Tato směs paliva s názvem E85 má vyšší oktanové číslo paliva než většina prémiových typů benzinu. Při použití v moderním vozidle s flexibilním palivem přináší vyšší výkon benzínu, který nahrazuje, na úkor vyšší spotřeby paliva díky nižšímu specifickému energetickému obsahu ethanolu.

Ethanol pro použití v benzínových a průmyslové účely, může být považována za fosilní palivo, protože je často syntetizován z ropných produktů ethylenu , který je levnější než výroba z fermentace ze zrn nebo cukrové třtiny .

Butanol

Butanol je alkohol, který lze použít jako palivo ve většině benzínových spalovacích motorů bez úpravy motoru. To je typicky produktem fermentace biomasy podle bakterie Clostridium acetobutylicum (také známý jako Weizmann organismu). Tento proces poprvé popsal Chaim Weizmann v roce 1916 na výrobu acetonu ze škrobu pro výrobu korditu , bezdýmného střelného prachu.

Výhodou butanolu je jeho vysoké oktanové číslo (přes 100) a vysoký energetický obsah, jen asi o 10% nižší než benzín, a následně asi o 50% energeticky hustší než ethanol, o 100% více než methanol. Jedinou hlavní nevýhodou butanolu je jeho vysoký bod vzplanutí (35 ° C nebo 95 ° F), toxicita (všimněte si, že úrovně toxicity existují, ale nejsou přesně potvrzeny) a skutečnost, že proces fermentace pro obnovitelný butanol vydává odporný zápach. Weizmannův organismus může tolerovat hladiny butanolu pouze do 2% nebo více, ve srovnání se 14% pro ethanol a kvasinky. Výroba butanolu z ropy neprodukuje žádný takový zápach, ale omezená nabídka a dopad používání ropy na životní prostředí jsou v rozporu s účelem alternativních paliv. Cena butanolu je přibližně 1,25–1,32 $ za kilogram (0,57–0,58 $ za libru nebo přibližně 4 $ za americký galon). Butanol je mnohem dražší než ethanol (přibližně 0,40 USD za litr nebo 1,50 za galon) a methanol.

20. června 2006 společnosti DuPont a BP oznámily, že převádějí stávající závod na výrobu ethanolu na výrobu 9 milionů galonů (34 000 metrů krychlových) butanolu ročně z cukrové řepy. Společnost DuPont si stanovila za cíl být konkurenceschopná vůči ropě na 30–40 $ za barel (0,19–0,25 $ za litr) bez dotací, takže cenová mezera u etanolu se zmenšuje.

Vodík

Zkapalněný vodík je kapalný stav prvku vodíku . Jedná se o běžné kapalné raketové palivo pro raketové aplikace a lze jej použít jako palivo ve spalovacím motoru nebo palivovém článku . U různých koncepčních vodíkových vozidel byla nižší objemová energie, objemy vodíku potřebné pro spalování jsou velké. Vodík poprvé zkapalnil James Dewar v roce 1898.

Amoniak

Amoniak (NH 3 ) byl používán jako palivo dříve, když benzín není k dispozici (např. Pro autobusy v Belgii během 2. světové války). Má objemovou hustotu energie 17 megajoulů na litr (ve srovnání s 10 pro vodík, 18 pro methanol, 21 pro dimethylether a 34 pro benzín). Musí být stlačeno nebo chlazeno, aby bylo kapalným palivem, ačkoli nevyžaduje kryogenní chlazení, protože vodík se zkapalňuje.

Reference

externí odkazy