| Ćw. 2 | Związki tlenowe w benzynach |
|---|---|
Inga Gradzik Justyna Borowa Katarzyna Osowiecka Katarzyna Kwaśnik |
Data wykonania: 13.03.2013 |
Wstęp teoretyczny
Benzyny są to paliwa do silników z zapłonem iskrowym. Są to mieszaniny węglowodorów otrzymywanych przede wszystkim z zachowawczych i wtórnych procesów przeróbki ropy naftowej. Benzyny silnikowe mogą zawierać także węglowodory pochodzenia nienaftowego i komponenty tlenowe – alkohole i etery i alkohole oraz rozpuszczalne w węglowodorach dodatki uszlachetniające, barwniki i dodatki identyfikujące (markery).
Oto ważniejsze powody komponowania benzyn z organicznymi związkami zawierającymi tlen (etery i
alkohole):
· Zapewniają lepsze spalanie a tym samym zmniejszają ilości tlenku węgla i nie spalonych węglowodorów w spalinach (gazach odlotowych). Nie przyczyniają się wzrostu CO2 w atmosferze a zatem do ocieplenia klimatu.
· Podwyższają liczbę oktanową (liczby oktanowe alkoholi i eterów są powyżej 100), więc pozwalają
całkowicie wyeliminować dodatki ołowiowe.
· Alkohole i etery posiadają stosunkowo niską prężność par nasyconych, pozwalają więc na zmniejszenie w benzynach udziału frakcji butanowej (węglowodory głównie C4), a zatem zmniejszenie parowania do atmosfery lotnych węglowodorów w procesie dystrybucji i magazynowania paliwa.
Podstawowe wady paliwowych związków tlenowych w stosunku do węglowodorów to:
· Większa aktywność korozyjna, zwłaszcza alkoholi (np. produkty spalania metanolu zawierają kwas
mrówkowy)
· Higroskopijność (duża zdolność pochłaniania wody) alkoholi, szczególnie metanolu i etanolu co powoduje – przy przekroczeniu określonych stężeń - mętnienie i rozwarstwianie się benzyny
· Obniżają wartość opałową benzyn węglowodorowych.
Lotność benzyn czyli zdolność do parowania w określonych warunkach (temperatura, ciśnienie)
determinuje właściwości jezdne paliwa w różnych warunkach klimatycznych.
Prężność par nasyconych wraz z parametrem E70 decydują o szybkości
uruchomienia zimnego silnika, zwłaszcza w ujemnych temperaturach otoczenia. Wielkości parametrów VP i E70 są tak dobierane na etapie komponowania benzyn aby przy zasilaniu silnika
paliwem zapewnić łatwe jego uruchomienie oraz nie dopuścić do utworzenia się tzw. korków parowych w układzie paliwowym silnika. Powstawaniu korków parowych sprzyjają wyższe temperatury otoczenia, dlatego benzyny używane latem mają niższą prężność par, wyższą temperaturę początku destylacji i mniejszą wydajność frakcji E70 niż benzyny stosowane w okresie zimowym.
II.
Oznaczanie zawartości organicznych związków tlenowych w benzynach można wykonać następującymi metodami:
· metodą ekstrakcyjną
· metodą chromatograficzną
Metoda ekstrakcyjna stosowana jest do oznaczenia sumarycznej zawartości alkoholi w benzynach. Jest to metoda szybka, polegająca na wyekstrahowaniu alkoholu 10 % roztworem chlorku sodowego (lub chlorku wapniowego) i odczytaniu objętości pozostałej po ekstrakcji benzyny węglowodorowej.
Część eksperymentalna.
Zadania do wykonania:
Określenie wpływu bioetanolu na prężność par benzyn
Oznaczenie sumarycznej zawartości alkoholi w benzynach
I.
Oznaczenie prężności par heksanolu, bioetanolu oraz mieszanki benzyna-bioetanol wykonano metodą potrójnego odparowania w aparacie MINIVAP VPS standardową metodą AVPS zgodną z normą
EN-13016.
Aparat podaje następujące wielkości:
Ptot - całkowita prężność par,
Pgas - prężność par powietrza rozpuszczonego w próbce,
Pabs – absolutna prężność par,
DVPE – wynik pomiaru.
Poniższa tabela zawiera wyniki pomiarów dla każdej z próbek. Pomiarów dokonywano przy temperaturze 37,8 °C.
| Próbka | Nr pomiaru | Ptot [kPa] | Pgas [kPa] | Pabs [kPa] | DVPE [kPa] |
|---|---|---|---|---|---|
| Heksan | 1 | 47,8 | 4,7 | 43,1 | 42,1 |
| 2 | 45,5 | 4,6 | 40,9 | 39,9 | |
| Bioetanol | 1 | 19,5 | 2,6 | 16,9 | 15,9 |
| 2 | 19,6 | 2,5 | 17,1 | 16,1 | |
| Benzyna | 1 | 88,4 | 5,2 | 83,2 | 82,3 |
II.
Do kalibrowanej probówki odmierzamy 10 cm3 benzyny i 10cm3 roztworu chlorku sodowego. Probówkę zamykamy korkiem i wytrząsamy przez kilka minut. Następnie probówkę wraz z zawartością odstawiamy w celu rozdzielenia się faz - fazy wodnej, w której jest alkohol i chlorek oraz fazy węglowodorowej – tzn. benzyny.
Zawartość alkoholu oblicza się w procentach objętościowych według wzoru:
X = (V1 – V2)*S
w którym:
X – sumaryczna zawartość alkoholi w benzynach w % (v/v)
V1 – objętość benzyny pobranej do ekstrakcji, cm3
V2 – objętość pozostałej po ekstrakcji benzyny, cm3
S – współczynnik przeliczeniowy zawartości alkoholu na % (v/v). (S = 100 %/V1)
Wyniki obserwacji:
V1=10 cm3
V2=7 cm3
X=30%
Wnioski
Z przeprowadzonych doświadczeń wynikają następujące wnioski:
- Dodanie bioetanolu do paliwa wzorcowego znacznie podnosi prężność par mieszanki paliwowej mimo, że prężność par samego bioetanolu jest stosunkowo niska.
- Dodanie bioetanolu wpływa także na wydajność destylacji paliwa do temperatury 70°C i 100°C.
- Spośród badanych substancji benzyna charakteryzuje się największą prężnością par. Prężność par paliwa ma wpływ na dobór odpowiedniej mieszanki dla silnika w zależności od pory roku.
Im niższa temperatura otoczenia tym prężność par musi być wyższa, temperatura początku destylacji niższa i większą wydajność frakcji E70 niż benzyny stosowane w okresie letnim.
- Dodatki paliwowe w postaci alkoholi zwiększają zdolność pochłaniania wody przez mieszkankę co może mieć negatywny wpływ na wydajność użytkowania paliwa: rozwarstwienie mieszaniny benzyn oraz podwyższenie temperatury mętnienia.
Z tego powodu benzyny zawierające alkohole nie powinny być transportowane rurociągami, którymi są przesyłane inne paliwa węglowodorowe. Powinny być także magazynowane w odrębnych zbiornikach.