Vše o palivech - Chemie paliv (2. díl)

Minule jsme si řekli, kde to vlastně všechno začalo. Řekli jsme si, kdo a kdy začal průmyslově těžit ropu a používat ji pro automobily jako palivo. Jenže ropa se do motoru nedá dát taková, jaká se dostane ze země. Musí projít náročným procesem chemické přeměny. Původně se ropa jen destilovala, ale se zvyšujícími se nároky musely být zavedeny další a další chemické úpravy. K tomu však bylo zapotřebí palivům porozumět.

Základem je banální chemie
Palivo je na pohled zcela banální látka, která prostě vznikne nějakým chemickým procesem. Jenže uvnitř těchto látek je až 300 různých uhlovodíků a spousty aditiv. Pojďme se obírat základními názvoslovími obsaženými ve všech kapalných palivech, abychom jim rozuměli.

Lehká/těžká frakce
Složky s nízkým/vysokým bodem varu. Ty pak zahrnují v sobě kompletní směs následujících chemických složek. Lehké frakce se míchají do benzínu, ale mají nízké oktanové číslo, tak musí být upravovány. Těžké frakce jsou pak součástí leteckého petroleje nebo nafty.

Uhlovodíková vazba
Jde o vazbu mezi uhlíkem a vodíkem. Uhlovodíky obsažené v benzínu obsahují 4 až 12 atomů uhlíku C a body varu jsou někde mezi 25 a 210 °C. Nafta pak obsahuje uhlovodíkové řetězce s 10 až 22 atomy uhlíku. Jejich bod varu je mezi 160 a 360 °C.

Parafiny (alkany)
Nejjednodušší řetězce uhlovodíkových vazeb se nazývají také jako nasycené uhlovodíky, odborně se jim říká n-alkany nebo n-parafiny. Nejjednodušším takovým uhlovodíkem je metan (CH4) až oktan (C8H18).
Pokud se větví mezi sebou více než dva uhlíky v řadě, vznikají takzvané izoalkany (izoparafiny). Samozřejmě, že zde začíná izovazbení u isobutanu (C4H10) a pokračuje až k izooktanu (C6H18). Izomery jsou důležité například proto, že dokážou výrazně zvýšit práh detonace.

Olefiny (alkeny)
Pokud jsou dva sousední atomy uhlíku spojeny dvojitou (nebo trojitou) vazbou mezi sebou, vznikají nenasycené uhlovodíky. Zde jeden (olefiny) nebo dva vodíky chybí. Jelikož se kvůli této vazbě snadno slučují s atmosférickým kyslíkem, což vede při skladování k polymeraci a vzniku pryskyřic, nejsou v palivech vhodné. Příkladem trojné vazby mezi vodíkem a uhlíkem je acetylén C2H2.

Cyklany
Jde o řetězce s jednoduchou vazbou, ale stočené do kruhu (cykloalkany). Pokud se zde vyskytne dvojitá vazba, jde o nenasycené cykloalkany.

Aromaty
Jde o ohromnou skupinu uhlovodíků, která je součástí cyklanů. Základem je uhlíkový kruh se třemi dvojitými vazbami – benzen (C6H6). Pokud se nahradí jeden nebo více vodíků skupinami metylu (CH3) nebo etylu (C2H5) nebo vazbou několika benzenových jader, vznikají aromáty. Ty jsou důležité pro výrobu dalších chemikálií a umělých hmot (ředidla, rozpouštědla, polystyren), ale v motorech se musí omezovat.

Alkoholy, estery, étery
Jde o sloučeniny kyslíku a uhlíkových radikálů (například metanol H3C-OH). Alkoholy vykazují vysoké oktanové číslo i vysoký tlak par. Navíc mají nižší emise některých škodlivých látek. Estery pak mají důležitou funkci v palivu, v němž zlepšují hoření a tím snižují kouřivost a emise některých látek (metylestery mastných kyselin řepkového oleje známe z bionafty jako MEŘO).
Benzín a nafta jsou složitými sloučeninami těchto látek v různých variacích složek. Není v našich silách, abychom vysvětlovali komplexně problematiku chemie paliv. Výše uvedené informace tak, prosím, berte jen jako velmi povšechný úvod pro zorientování se v problematice, která bude v následujícím díle probírána v souvislosti s výrobou paliv a i v dalších dílech, kde se budeme zabývat například zjišťováním kvality paliv.

Co jsme již zveřejnili?









Vše o palivech - Čištění výfukových plynů (10. díl)

Foto:
Hl: Foto My Petrol Trade