Применение

Предельные углеводороды, в особенности метан, находят очень широкое применение в промышленности (схема 1). Они являются простым и достаточно дешевым топливом, сырьем для получения большого количества важнейших соединений.

Соединения, полученные из метана, самого дешевого углеводородного сырья, применяют для получения множества других веществ и материалов. Метан используют как источник водорода в синтезе аммиака, а также для получения синтез-газа (смесь СО и Н₂), применяемого для промышленного синтеза углеводородов, спиртов, альдегидов и других органических соединений.

Схема1.Применение метана

Углеводороды более высококипящих фракций нефти используются как горючее для дизельных, турбореактивных двигателей, как основа смазочных масел, как сырье для производства синтетических жиров и т. д.

Приведем несколько промышленно значимых реакций, протекающих с участием метана. Метан используют для получения хлороформа, нитрометана, кислородсодержащих производных. Спирты, альдегиды, карбоновые кислоты могут образовываться при непосредственном взаимодействии алканов с кислородом в зависимости от условий проведения реакций (катализатора, температуры, давления).

Октановое число

Октановое число — показатель, характеризующий детонационную стойкость топлива (способность топлива противостоять самовоспламенению при сжатии) для двигателей внутреннего сгорания. Число равно содержанию (в процентах по объёму) изооктана (2,2,4-триметилпентана) в его смеси с н-гептаном, при котором эта смесь эквивалентна по детонационной стойкости исследуемому топливу в стандартных условиях испытаний. Изооктан трудно окисляется даже при высоких степенях сжатия, и его детонационная стойкость условно принята за 100 единиц. Сгорание в двигателе н-гептана даже при невысоких степенях сжатия сопровождается детонацией, поэтому его детонационная стойкость принята за 0. Для бензинов с октановым числом выше 100 создана условная шкала, в которой используют изооктан с добавлением различных количеств тетраэтилсвинца. При детонации снижается мощность двигателя и ускоряется его износ.

Цетановое число

Цетановое число — характеристика воспламеняемости дизельных топлив, определяющая период задержки воспламенения смеси (промежуток времени от впрыска топлива в цилиндр до начала его горения). Чем выше цетановое число, тем меньше задержка и тем более спокойно и плавно горит топливная смесь. Цетановое число численно равно объёмной доле цетана (С₁₆Н₃₄, гексадекана), цетановое число которого принимается за 100, в смеси с α-метилнафталином (цетановое число которого, в свою очередь, равно 0). Чем оно больше, тем лучше воспламеняемость смеси при сжатии.

Стандартное топливо характеризуется цетановым числом 40—45, а топливо высшего качества (премиальное) имеет цетановое число 45—50. Согласно российским стандартам, цетановое число летнего и зимнего дизтоплива должно быть не менее 45 единиц.

 

Удельная теплота сгорания топлива

Для нагревания тел часто используют энергию, выделяющуюся при сгорании топлива. Обычное топливо (уголь, нефть, бензин) содержит углерод. При горении атомы углерода соединяются с атомами кислорода, содержащегося в воздухе, в результате чего образуются молекулы углекислого газа. Кинетическая энергия этих молекул оказывается больше, чем у исходных частиц. Увеличение кинетической энергии молекул в процессе горения и называют выделением энергии.

Энергия, выделяющаяся при полном сгорании топлива, называется теплотой сгорания этого топлива.

Теплота сгорания топлива (или количество теплоты, выделяющееся при его сгорании) зависит от вида топлива и его массы. Чем больше масса топлива, тем большее количество теплоты выделится при его полном сгорании.

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании 1 кг топлива, называется удельной теплотой сгорания этого топлива.

Удельную теплоту сгорания топлива обозначают буквой q и измеряют в джоулях на килограмм (Дж/кг) или в джоулях на м³ (Дж/ м³ ).

                    q - удельная теплота сгорания топлива.

Удельную теплоту сгорания разных видов топлива можно найти в таблице 1.

Таблица 1- Удельная теплота сгорания некоторых видов топлива, Дж/кг

Из этой таблицы, например, видно, что удельная теплота сгорания торфа равна 1,4•107Дж/кг. Это число показывает, что при полном сгорании торфа массой 1 кг выделится количество теплоты, равное 1,4•107 Дж. При сгорании 2 кг торфа выделится в 2 раза больше энергии, при сгорании 3 кг - в 3 раза больше и т. д.

Количество теплоты, выделяющееся при сгорании произвольной массы топлива, находят по формуле:

Q = qm

Чтобы найти количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании топлива произвольной массы, нужно удельную теплоту сгорания этого топлива умножить на его массу.