تبلیغات
شیمی دبیرستان - فرآیند شیمیایی کراکینگ و عدد اکتان
 
درباره وبلاگ



مدیر وبلاگ : . فروزانفر
نویسندگان
جستجو

آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :
شیمی دبیرستان




کراکینگ

تجزیه یک ترکیب به وسیله گرما را پیرولیز(گرما کافت)می نامند.این واژه از کلمه یونانی پیر(pyr)        به معنی آتش و لیز(lysis) به معنی سست شدن گرفته شده است و در نتیجه ، درنظر شیمیدانها      ((گسستن براثر گرما)) معنی می دهد- به همین ترتیب هیدرولیز hydro-lysis،                                  ((گسستن بر اثر آب))معنی می دهد-پیرولیز آلکانها را، به ویژه وقتی با نفت سر و کار داریم ، کراکینگ می نامیم....

 

تاریخچه
کراکینگ گرمایی که به عنوان کراکینگ شوخوف(Shukhov Cracking Process)نیز شناخته می شود در سال ۱۸۹۱ توسط یک مهندس روسی به نام ولادیمیر شوخوف اختراع شد.سپس این فرآیند توسط یک مهندس آمریکایی به نام ویلیام بورتون(William Merriam Burton)اصلاح گردید.[۱]

روش های انجام کراکینگ:
• کراکینگ گرمایی :
درکراکینگ گرمایی ، آلکانها را بطور ساده از درون اطاقی که تا دمای بالا گرم شده است ، عبور می دهند.آلکانهای بزرگ به آلکانهای کوچکتر ، آلکنها و مقداری هیدروژن تبدیل می شود. این فرایند مقدار زیادی اتیلن(C2H4)همراه با مولکولهای کوچکتر دیگر به وجود می آورد.

• کراکینگ با بخار آب :
در یک فرآیند اصلاح شده ، که کراکینگ با بخار آب نامیده می شود ، هیدروکربن را با بخار آب رقیق می کنند ، به مدت کسری از ثانیه تا (900-700) گرما می دهند و به سرعت سرد می کنند.کراکینگ با بخار در تولید مواد شیمیایی هیدروکربنی ، از جمله اتیلن ، پروپیلن ، بوتادی ان ، ایزوپرن و سیکلو پنتا دی ان ، اهمیت فراوان دارد.
• کراکینگ با هیدروژن یا هیدرو کراکینگ :
منبع دیگر هیدروکربنهای کوچکتر ، کراکینگ با هیدروژن است که در مجاورت کاتالیزور و هیدروژن ، در فشار بالا و دما های خیلی پایینتر(450-250)انجام می شود. آلکانهای با وزن مولکولی پایین را که از این فرایندهای کراکینگی به دست می آیند ، می توان تفکیک و خالص کرد و به عنوان مهمترین مواد اولیه سنتز ترکیبهای آلیفاتیک ، با مقیاس گسترده ، مورد استفاده قرار داد.
• کراکینگ کاتالیزوری :
شکست کاتالیستی سیال
کراکینگ بیشتر در جهت تولید سوخت بکار گرفته می شود ، نه در جهت تولید مواد شیمیایی و برای این منظور ، کراکینگ کاتالیزوری مهمترین فرایند است.برشهایی از نفت را که دمای جوش بالا دارند(نوعا گازوئیل) ، در (550-450) ، با ذرات ریز سیلیس-آلومین و زیر کمی فشار ، مجاور می سازند. کراکینگ کاتالیزوری نه تنها با شکستن مولکولهای کوچکتر بازده بنزین را افزایش می دهد ، بلکه کیفیت بنزین را نیز بالا می برد.این فرایند مستلزم تشکیل کربوکاتیونهاست و آلکانهایی با ساختارهای بسیار شاخه دار به وجود می آورد که در بنزین به آنها نیاز مندیم.[۲]
شکست کاتالیزی در بستر سیال(به انگلیسی: Fluid catalytic cracking)یکی از مهمترین واحدها و فرآیندهای تبدیل کاتالیستی در جهان محسوب می‌شودکه مواد سنگین و کم ارزش نفتی را به مواد سبکتر و با ارزش تر تبدیل می‌کند. امروزه به دلیل افزایش مصرف سوخت در جهان ونیاز به تبدیل مواد سنگین به مواد سوختنی سبک نیاز به این فرآیند بیش از پیش احساس می‌شود. از میان سه نوع واحد شکست کاتالیستی(بستر ثابت, بستر متحرک, بسترسیال) تکنولوژی‌های مبتنی بر بستر سیال از لحاظ عملیاتی پیچیده تر و از مزایای ویژه نسبت به به روشهای بستر ثابت و بستر متحرک برخوردار است.


طرح واره ای از یک واحد کراکینگ کاتالیستی بستر سیال که در پالایشگاه ها مورد استفاده قرار می گیرد.
کاربردهای فناوری‌نانو در کراکینگ کاتالیستی:
كاتالیست‌های مورد استفاده در واحدهای كراكینگ، عموماً مواد جامد مانند زئولیت‌ها، هیدروسیلیكات آلومینیوم، بوكسیت و سیلیكا-آلومینا می باشد، لذا می توان از ساختارهای نانوكاتالیست‌های فوق الذكر استفاده كرد. علاوه بر آن به دلیل اینکه از فلزات فعال پلاتین (Pt) و رنیوم (Re) روی پایه‌های آلومینا و زئولیت نیز استفاده می شود، می توان به نانوذرات Pt-Re كاتالیستی اشاره كرد. از دیگر کاتالیست های مورد استفاده مخلوط سیلیكا- آلومینا یا سیلیكا- مگنزیا (اكسید منیزیم) می‌باشد که نانوکاتالیست های سیلیکا و مگنزیا ساخته شده اند.[۳]
روش کراکینگ فرآیندهای شیمیایی
تقطیر جزء به جزء فرآیند شیمیایی روش کراکینگ
         


شیمیدانان از روشهای زیر برای تهیه محصولات از نفت استفاده می کنند:
1- قدیمی ترین و رایج ترین راه جدا کردن یک مخلوط به اجزای مختلف آن, استفاده از اختلاف دمای جوش می باشد. این فرآیند تقطیرجزﺀ به جز ﺀ نامیده می شود. اساس کار این فرآیند این است که نفت خام حرارت داده شده و به بخار تبدیل می شود، سپس بخارات حاصله سردشده و به مایع تبدیل می‌شوند.
2- درتکنیکهای جدید از فرآیندهای شیمیایی استفاده شده ویک برش نفتی به برش دیگر تبدیل می شود. این فرآیند، فرآیند تبدیل نامیده می شود. برای مثال می‌توان با فرآیند شیمیایی یک هیدرو کربن سنگین را به هیدروکربن های کوچکتر تبدیل کرد. این تکنیک به پالایشگران کمک می کند تا در صورت نیاز یک سوخت سنگین مانند دیزل را به بنزین تبدیل کنند.
3- پالایشگاهها باید برش های نفتی را تصفیه کرده و ناخالصیهای آنها را بگیرند.
4- پالایشگا هها برش های مختلف را با هم مخلوط کرده و محصولات مورد نظر خود را می سازند. برای مثال  با ترکیب کردن مخلوط های متفاوتی ازهیدروکربن های مختلف, بنزین هایی با  عدداکتان متفاوت به دست می آید.
 
محصولات تولیدی معمولاً تا زمان تحویل به مصرف کننده‌ها، مانند پمپ بنزین‌ها، فرودگاهها، کارخانجات شیمیایی و غیره در محدوده پالایشگاه ذخیره شوند. علاوه بر تولید محصولات نفتی، پالایشگاهها باید زباله‌های ناشی از عملیات پالایش را نیز تصفیه نمایند تا آلودگی هوا، آب و محیط زیست را به حداقل برسانند. در بخش زیر به نحوه جداسازی نفت خام به اجزای آن پرداخته می‌شود.
تقطیر جزﺀ به جز ﺀ
اجزاء سازنده نفت خام دارای اندازه‌ها، وزنها و نقاط جوش متفاوتی هستند. بنابراین اولین قدم، جداکردن این اجزا است. از آنجائیکه نقطه جوش این اجزاء متفاوت است، می‌توان آنها را توسط فرآیندی بنام تقطیر جزﺀ به جز ﺀ ، جدا کرد.
مراحل تقطیر جزﺀ به جز ﺀ به شرح زیر است:
1- مخلوطی از دو مایع یا بیشتر که نقاط جوش متفاوتی دارند تا دمای خاصی حرارت داده می شود. حرارت دادن، معمولاً به وسیله بخار آب فشار بالا تا دمای حدود 600 درجه سلسیوس انجام می شود.
2- مخلوط جوشیده و تولید بخار (گاز) می کند. اغلب اجزاء به بخار تبدیل می شوند.
3- بخار آب وارد قسمت پایین یک ستون بلند که با سینی پرشده است(ستون تقطیر جزء به جزء) می شود.
a) سینی ها تعداد زیادی سوراخ و bubble cap دارند. این سوراخها به بخار اجازه عبور می دهند.
b) سینی‌ها زمان تماس بین بخار و مایع موجود در ستون را افزایش می‌دهند.
c) مایعاتی که در ارتفاعات مختلف ستون تشکیل می‌ شوند در سینی‌ها جمع‌ می‌شود.
d) در طول ستون یک اختلاف دما وجود دارد. (پایین ستون گرم و بالای آن خنک است)
1- بخار در ستون به سمت بالا حرکت می‌کند.
2- هنگامی که بخار از سینی‌ها عبور کرده وبالا می رود سرد می‌شود.
3- زمانیکه بخارات یک ماده به ارتفاعی از ستون می‌رسد که دمای آن برابر با دمای نقطه جوش آن ماده است، بخارات آن ماده چگالش یافته و به مایع تبدیل می‌شوند. ماده‌ای که نقطه جوش پائین‌تری دارد در بالاترین نقطه ستون و موادی که نقطه جوش بالاتردارند در نقاط پائین تر ستون به مایع تبدیل می‌شوند.
4- برش های مختلف مایعات نفتی در سینی ها جمع می‌شود.
5- برش های نفتی جمع آوری شده ممکن است:
a) به کندا نسورها منتقل شوند و در آنجا خنکتر شده و سپس به مخازن انتقال پیدا کنند.
b) به منظور انجام عملیات شیمیایی به مناطق دیگری منتقل شوند. تقطیر جزﺀ به جز ﺀ برای جداسازی مخلوطی از مواد که تفاوت دمای جوششان کم است، مفید است و مهمترین گام در فرآیند پالایش می باشد. تعداد خیلی کمی از برشهایی که از ستون تقطیر بیرون می‌آیند, برای ارسال به بازار مناسب می‌باشند. اغلب آنها را باید توسط فرآیندهای شیمیایی به برش های دیگر تبدیل نمود. برای مثال، تنها 40% نفت خام تقطیرشده را بنزین تشکیل می‌دهد ولی با این وجود بنزین یکی از مهمترین محصولات شرکتهای نفتی می‌باشد. شرکتهای نفتی بجای اینکه حجم زیادی از نفت خام را به طور پیوسته تقطیر کنند، بعضی از برش های نفتی را به روش شیمیایی به بنزین تبدیل می‌کنند.
این روش باعث افزایش تولید بنزین از هر بشکه نفت خام می‌شود.در بخش زیر به بررسی فرآیند شیمیایی تبدیل یک برش به برش دیگر پرداخته می شود. فرآیند شیمیایی با استفاده از یکی از سه روش زیر می توان یک برش نفتی را به برش  دیگر تبدیل نمود:
با شکستن هیدروکربنهای بزرگ به هیدروکربن های کوچکتر (که آن را کراکینگ  cracking می‌نامند).
با ترکیب مولکول های کوچکتر وساختن مولکول های بزرگتر (که آن را unification می‌نامند).
با تغییر آرایش اجزا مختلف سازنده هیدروکربن وتبدیل آن به هیدروکربن مورد نظر (که آن را alteration می‌نامند).
تقطیر جزء به جزء
در روش کراکینگ هیدروکربنهای بزرگ شکسته شده و به هیدروکربنهای کوچکتر تبدیل می شوند.
 
عملیات کراکینگ به روش های گوناگونی انجام می شود:-   کراکینگ حرارتی – با حرارت دادن هیدروکربنهای بزرگ در دمای بالا (و همچنین گاهی اوقات در فشار بالا), این مولکول ها شکسته می شوند.
A- بخار- از بخار با دمای بالا (816 درجه سلسیوس) برای شکستن اتان، بوتان و نفتا به اتیلن و بنزن استفاده می‌شود که ازآن ها برای ساختن ماد شیمیایی استفاده می شود.
B- شکستن غلظت (vis breaking) - باقیمانده ستون تقطیر در 482 درجه سلسیوس حرارت داده و سپس آن را با نفت گاز سرد کرده و آن را سریعا" وارد یک ستون تقطیر یا ظرف انبساط ناگهانی می نمایند. این عمل باعث کم شدن غلظت مواد نفتی سنگین و تولید قیر می‌شود.
C- فرآیند تولید کک (coking) - باقیمانده برج تقطیررا در دمایی بالاتر از 482 درجه سلسیوس حرارت می‌هند تا به نفت سنگین، بنزین و نفتا تبدیل شود. در پایان فرآیند، یک باقیمانده  نسبتا" خالص کربنی به نام کک باقی می‌ماند. کک را نهایتا" از دستگاه جدا کرده و بفروش می‌رسانند.
 
کراکینگ کاتالیزوری(catalystic)- در فرآیند کراکینگ کاتالیزوری از یک کاتالیزور جهت سرعت بخشیدن به  واکنش های شکستن استفاده میشود. کاتالیستها شامل زئولیت، هیدرو سیلیکات آلومینیوم، بوکسیت و سیلیکا-آلومینا می‌باشند.
A- کراکینگ به کمک کاتالیزور سیال (fluid catalystic cracking) - در این فرآیند کاتالیست سیال با دمای حدود538 درجه سلسیوس نفت گاز سنگین را به سوخت دیزل و بنزین تبدیل می‌کند.
 B- هیدرو کراکینگ یا شکستن هیدروکربنها توسط هیدروژن (hydrocracking)- فرآیند هیدروکراکینگ مانند فرآیند شکستن به کمک کاتالیزور سیال می باشد، با این تفاوت که در آن از کاتالیزور دیگری استفاده شده، در درجه حرارت کمتر و فشار بیشتری انجام شده و ازگاز هیدروژن استفاده می شود. با این روش می توان نفت گاز سنگین را به بنزین و نفت سفید یا سوخت جت تبدیل نمود. بعد از اینکه هیدروکربنهای مختلف شکسته شده و به هیدروکربنهای کوچکتری تبدیل شدند، محصولات وارد یک ستون تفکیک دیگر شده و برش های مختلف از هم جدا می شوند.
کاتالیست های فرآیند کراکینگ
فرآیندهای کاتالیستی به دلیل افزایش سرعت واکنش و تسریع آن ها و علاوه بر این ها باعث افزایش عدد اکتان در بسیار از محصولات نفتی از جمله در فرآیند کراکینگ کاتالیستی.
کاتالیست های فرآیند کراکینگ:
کاتالیست های تجاری کراکینگ را می توان به سه دسته تقسیم کرد:
آلومینوسیلیکات های طبیعی عمل آوری شده با اسید.
ترکیب های سیلیسس- آلومین سنتزی بی ریخت
کاتالیست های سیلیس آلومین سنتزی بلورین که زئولیت ها یا غربال های مولکولی نامیده شدند
امروزه بیشتر کاتالیست های مورد استفاده در واحدهای تجاری یا از دسته نوع سوم بوده و یا مخلوطی از دسته های دوم و سوم هستند.
مزایای کاتالیست های زئولیتی در مقایسه با کاتالیست های طبیعی و سنتزی بی ریخت عبارت اند از:
فعلیت بیشتر
تولید بنزین با بهره بالاتر به ازای تبدیل معین
تولید بنزین با درصد بالاتر از هیدروکربن های پارافینی و آروماتیکی
بهره پایین تر برای تولید کک
افزایش تولید ایزوبوتان
توان دستیابی به تبدیل های بالاتر درهر گذر بدون کراکینگ اضافی
فعالیت زیاد کاتالیست کراکینگ زئولیتی انجام واکنش کراکینگ را در مدت اقامت کوتاه را ممکن می سازد و بدین ترتیب در اغلب واحدهای کراکینگ استفاده از روش عملیات کراکینگ در خط بالابرنده میسر شده. در این حالت تاثیر منفی رسوب کربن بر فعالیت و گزینش پذیری کاتالیست کمینه می شود زیرا میزان پس اختلاط کاتالیست در خط بالابرنده قابل توجه نیست. به علاوه می توان از خطوط بالابرنده متفاوتی برای کراکینگ جریان بازگردانی و خوراک تازه استفاده کرد به ترتیبی که هر یک در شرایط بهینه خود شکسته شوند.
اثرات کاتالیستی کاتالیست های زئولیتی تنها با موجودیت 10 تا 25% زئولیت در کاتالیلیست در گردش کامل می شود. و باقیمانده ان را سیلیس – آلومین بی ریخت تشکیل می دهد. کاتالیست های بی ریخت مقاومت سلیشی بیشتری دارند و از کاتالیست های زئولیتی ارزانتر می باشند. برای کاتالیست های بی ریخت فعالیت و گزینش پذیری بیشتری از جهت تولید بنزین با زئولیت ارزانتر و شدت جریان جبرانی کمتر تواما حاصل می شود. سرعت سایش کمتر کاتالیست و سرعت نشر ذرات را بهبود می بخشد.
ترکیب نیتروژن دار پایه آهن و نیکل یا وانادیم و مس در خوراک همانند سم کاتالیست کراکینگ عمل می کنند. نیتروژن با مراکز اسیدی کاتالیست واکنش داده فعالیت کاتالیست هرا کاهش می دهند. فلزات روی کاتالیست رسوب کرده و تجمع می کنند و به دلیل تشکیل فزاینده کک و تقلیل کک سوخته شده به ازای مقدار واحد هوا از طریق کاتایست کردن احتراق کک به دی اکسید کربن به جای منوکسید کربن موجب تقلیل ظرفیت عملکرد می شوند.
این مطلب معمولا پذیرفته شده است که تاثیر نیکل بر فعالیت و گزینش پذیری کاتالیست حدود 4 برار تاثیر وانادیم است و برخی از شرکت ها از مقدارهای خاصی برای بیان رابطه همبستگی تاثیر فلزات استفاده می کنند در حالی که شرکت های دیگر مقادیر دیگری را مورد استفاده قرار می دهند.
هر چند رسوب کردن نیکل و وانادیم بر روی کاتالیست به دلیل اشغال مراکز فعال کاتالیست فعالیت آن را تقلیل می دهد ولی تاثیر عمده آن افزایش فراورده های گازی و کک و کاهش بهره تولید بنزین به ازای درجه تبدیل معین است

 

 

معنی عدد "اكتان" چیست ؟
اگر شما "موتور خودرو چگونه كار مى كند" را خوانده باشید می دانید كه تقریبا اكثر خودروها از موتورهاى  4 زمانه بنزینی استفاده مى كنند . یكی از این 4 مرحله همان مرحله تراكم است. یعنی زمانی كه سیلندر پر از هوا و سوخت را توسط پیستون تحت فشار قرار داده و حجم آن كاهش مى یابد قبل از اینكه سیستم جرقه زنی اقدام جرقه زدن توسط شمع نماید. مقدار این تراكم "نسبت تراكم" خوانده مى شود. موتور ها ممكن است نسبت تراكمی بین 8 تا 10 داشته باشند.


 
دسته بندى (رتبه بندى ) اكتان بنزین به ما مى گوید كه سوخت مورد نظر چه مقدار مى تواند متراكم شود قبل از اینكه خود به خود منفجر شود. زمانی كه مخلوط سوخت و هما قبل از جرقه زنى شمع به علت تراكم منفجر مى شود . در این حالت اصطلاحا مى گویند كه حالت "ضربه " پیش آمده و مخلوط سوخت و هوا قبل از جرقه زنی منفجر شده . كه این ضربه مى تواند صدماتی به موتور بزند ( از جمله به گژنپین , پیستون , شاتون و.. ) .بنابراین چیزی نیست كه دوست داشته باشید رخ بدهد.سوخت های  با اكتان پایین  (مانند بنزین معمولی با اكتان 87) مى توانند كمترین  مقدار تراكم قبل از انفجار خود به خودی  را داشته باشند .
نسبت تراكم موتور شما توسط درجه بندی اكتان سوختی  كه شما بایستی به خودرو خود بزنید مشخص    می شود. یكی از راه های افزایش    "اسب بخار " موتور , افزایش نسبت تراكم است . بنابراین "موتور با كارایی بالا "  یك نسبت تراكم بالا دارد و نیز نیاز به سوخت با اكتان بالا نیز دارد . از مزیت های نسبت تراكم بالا این این است كه اسب بخار بیشترى  بدست مى دهد بدون اینكه اندازه موتور تغییری كند یا وزنش  زیاد شود . و از معایب آن نیز این است كه استفاده از سوخت با اكتان بالا هزینه بالایی نیز دارد .
  اسم "اكتان"  از حقیقت زیر ناشی مى شود : وقتی شما نفت خام را در پالایشگاه (تصفیه خانه) می شكنید. د ر حقیقت شما زنجیرهای كربنی با طول های متفاوت بدست مى آورید. این طول های زنجیری متفاوت می توانند  از همدیگر جدا شوند و یا در سوخت های دیگر مخلوط شوند . برای مثال شما ممكن است  نام " متان " و "پروپان" و "بوتان" را شنیده باشید. هر سه اینها از هیدرو كربن ها هستند . متان فقط یك اتم كربن دارد . پروپان نیز سه اتم زنجیری  كربن دارد و بوتان 4 اتم و پنتان 5 اتم و هگزان 6 اتم و هپتان 7 اتم و سرانجام اكتان 8 اتم كربن دارد.
 هپتان از نظر نسبت تراكم ضعیف است و فقط به مقدار كمی متراكم مى شود و بعد از آن  نیز خود به خود منفجر مى شود . ولی اكتان از این نظر بسیار خوب است . شما می توانید . شما می توانید آن را بسیار متراكم كنید  و اتفاقی  نمی افتد.بنزین با اكتان 87 بنزینی است كه 87 درصد اكتان و 13 درصد هپتان دارد. اكتان  نیز در یك سطح  از نسبت تراكم  خود به خود  منفجر می شود  و فقط بایستى در موتورهایی به كار رود كه نسبت تراكم آنها از این سطح بالاتر نباشد .
در طول جنگ اول جهانی  كشف شده بود كه مى توان  یك ماده شیمیایی به نام تترا اتیل سرب به بنزین اضافه كرد  و رتبه اكتان آن را به صورت قابل توجهی افزایش داد.و این باعث افزایش استفاده از سرب در بنزین مى شود . متاسفانه  تبعات افزودن سرب به بنزین به قرار زیر است:
• سرب مانعی در مقابل مبدل كاتالیست ایجاد می كند و آن را ظرف چند دقیق خراب می كند .
• زمین پوشیده از لایه های نازك سرب  مى شود  و سرب نیز یك ماده شیمیایی بسیار سمی است  كه برای انسانها خطرناك است.
زمانی كه استفاده از سرب در بنزین ممنوع شد. بنزین گرانتر شد چون  پالایشگاه دیگر نمی توانست با افزودن سرب درجه اكتان  آن را بالا ببرد.
هواپیماها اما هنوز اجازه دارند كه بنزین با سرب بزنند كه این نوع از بنزین به  Avgas معروف است  و عدد اكتان 100 یا بالاتر  عموما در موتورهای با عملكرد  بالای هواپیما استفاده مى شود . در مورد Avgas 100 رتبه كارایی بنزین است و نه درصدی از عدد اكتان آن . در حقیقت افزودن تترا اتیل سرب سطح تراكم بنزین را بال می برد و نه عدد اكتان را.
مهندسان هم اكنون در تلاشند  تا موتورهای هواپیما را بهبود بخشند تا  بتواند ز  بنزین بدون سرب  استفاده كند. موتورهای  جت هم اكنون  نفت سفید مى سوزانند.
عدد اکتان بنزین
اگر اطلاعات مختصری در مورد موتورهای ۴ زمانه بنزینی که تقریبا ۹۹ ٪ موتورهای موجود را شامل می شوند ، داشته باشید ؛ می دانید که یکی از این زمانها را تراکم می نامند و تراکم زمانی روی می دهد که مخلوط بنزین و هوا توسط پیستون تا حد مشخصی متراکم شده و پس از پایان زمان تراکم ، بوسیله جرقه شمع ، این مخلوط محترق شده و باقی ماجرا که خارج از بحث ما است اتفاق می افتد . میزان تراکم  انجام شده را با عددی به نام نسبت تراکم می سنجند که در موتورهای قدیمی این نسبت تراکم  ۵ به ۱ و در موتورهای بسیار پیشرفته تا ۱۲ به ۱ قابل افزایش می باشد .
اما زمانی که مخلوط سوخت که ماده ای با قابلیت اشتعال بالاست زودتر از زده شدن جرقه توسط شمع و بواسطه تراکم ، محترق شود ؛ موتور دچار کوبش ( Knock ) خواهد شد که این مساله برای موتور بسیار مضر است . یکی از راههای بالا بردن قدرت و توان خروجی موتور خودروها ، بالابردن نسبت تراکم آنهاست ، اما این امر تنها با بالا بردن توان مقابله سوخت در برابر خود سوزی در اثر متراکم شدن بدست می آید ، پس با پیشرفت در تکنولوژی ساخت موتورها ، نسبت تراکم نیز از عدد قدیمی ۵ به ۱ فاصله گرفته و افزایش می یابد و در نتیجه نیاز به سوختی با مقامت بالاتر در برابر خودسوزی در خودروهای جدیدتر ضروری می گردد .
اما آن چه که مشخص می نماید که سوخت تا چه میزان توانایی متراکم شدن قبل از احتراق خودبخودی ( خودسوزی ) را داراست ، عدد اکتان می نامند .
این عدد از کجا بدست می آید ؟
زمانی که نفت خام در پالایشگاهها تصفیه می شود ، زنجیره های هیدروکربن با طولهای متفاوت بدست می آید و این زنجیره های جدا از هم با ترکیب شدن با یکدیگر سوختهای متفاوتی چون بنزین ، گازوئیل ، نفت سفید  و غیره را حاصل مینمایند . بطور مثال حتما نامهای متان ، پروپان و بوتان را شنیده اید که همگی هیدروکربن هستند ؛ متان دارای یک اتم ، پروپان ۳ اتم و بوتان ۴ اتم ، کربن میباشند.
برخی دیگر از هیدورکربنها نیز شامل پنتان با ۵ اتم ، هگزان با ۶ اتم ، هپتان با ۷ اتم و اکتان با ۸ اتم کربن می باشند . آزمایشات مختلف نشان داد هپتان دارای خاصیت متراکم شدن بسیار ضعیفی است و در مقابل اکتان قابلیت متراکم شدن بسیار بالایی دارد . پس اگر بنزینی دارای مقادیر بسیار بالایی از اکتان یا همان Iso Octane , 2,2,4 Trimethyl Pentane باشد ؛ بنزین بسیار خوبی از نظر مقاومت در برابر خودسوزی محسوب می شود . اما در مقابل ، هپتان بسیار سریع در اثر تراکم ناچیز ، محترق خواهد شد پس با توجه به اینکه این ۲ هیدروکربن از لحاظ خواصی چون نقطه جوش و تبخیر تقریبا یکسان بودند ، بعنوان مبنایی برای مقاومت خودسوزی سوخت در برابر متراکم شدن انتخاب شدند ، و با دادن عدد ۱۰۰ به اکتان و ۰ به هپتان نسبتی به نام عدد اکتان بدست آمد . بطور مثال بنزینی با عدد اکتان ۸۷ ؛ دارای نسبت ۸۷ اکتان به ۱۳ هپتان می باشد . اما ساخت سوختی که متشکل از این میزان اکتان باشد هزینه تولید بسیار بالایی خواهد داشت و این ۲ ماده در حال حاضر تنها تشکیل دهنده های بنزین نیستند و مواد و افزودنیهای دیگری کار بالابردن عدد اکتان یا همان مقاومت در برابر خودسوزی یا کوبش موتور را برعهده دارند ؛ و نسبت هپتان - اکتان تنها برای ایجاد یک مبنای مقایسه ای و بعنوان یک بنزین ایده آل برای مشخص نمودن عدد اکتان مورد استفاده قرار می گیرد .
در جریان جنگ جهانی اول توماس میجلی کشف نمود که با افزودن lead tetraethyl ( تترااتیل سرب ) که یک اورگانو متالیک محسوب می شود به مخلوط بنزین ، نسبت اکتان آن تا حد بسیاری افزایش خواهد یافت و می توان بنزینی با فراوری ارزان قیمت ( شبکه هیدروکربنهای با فراوری ساده تر ) را ، با افزودن این ماده ، به بنزینی با اکتان بالا تبدیل نمود . از طرف دیگر این ماده باعث روانکاری سوپاپها نیز میشد ، استفاده از این ماده در بنزین تا سالیان دراز ادامه یافت ، تا اینکه متوجه شدند سرب ضررهای زیست محیطی بسیاری پدید می آورد و باید از بنزین حذف گردد ، بنابراین حذف سرب به تدریج در کشورهای پیشرفته با جایگزین نمودن ماده ای به نام  MTBE که مخفف methyl tertiary-butyl ether است و یک oxygenate محسوب میشود ، بجای تترااتیل سرب آغاز شد .با نصب catalytic converter برای کاهش آلودگی خروجی از اگزوز بر روی خودروها در دهه گذشته و بدلیل اینکه سرب باعث از کار افتادن این قطعه می شد ، جایگزینی بنزین بدون سرب سرعت بیشتری گرفت تا جائیکه هم اینک استفاده از بنزین سرب دار در اکثر کشورها به شدت محدود گردیده است . اما MTBE نیز با وجود اینکه در مقایسه با تترااتیل سرب ، چندان سمی نیست ، در اثر نشتی از تانکها و مخازن و نفوذ به آبهای زیرزمینی و ایجاد آلودگی ، در کشورهای پیشرفته در حال حذف از بنزین می باشد . جایگزینهای MTBE که امروزه در اروپا و آمریکا استفاده می شوند نیز شامل اروماتیکها از جمله benzene ، toluene ، ethanol و در آینده نزدیک oxygenate دیگری به نام ETBE یا Ethyl Tertiary-butyl ether می باشند .
 اما عدد اکتان بنزین را به ۲ روش می توان بدست آورد ؛ اولین روش ، روش تحقیقی ، Research Octane یا RON نامیده میشود و دومین روش ، روش موتوری ، Motor Octane یا MON نام دارد . تفاوت این ۲ روش در شرایط  و پارامترهای آزمایش بر روی بنزین مورد نظر می باشد ، در جدول زیر برخی پارامترهای در نظر گرفته شده برای هر یک از این ۲ روش آزمایش را ، می بینید .
Research Octane Test
(RON) Motor Octane Test
(MON) 
65.6 سانتیگراد 148.9 سانتیگراد دمای مخلوط سوخت
100 سانتیگراد 100 سانتیگراد دمای موتور
600 900 دور موتور RPM
مسلما با توجه به شرایط سخت تر آزمایش در روش MON ، نسبت به روش  RON برای یک بنزین مشابه ، عدد بدست آمده از آزمایش به روش RON عدد بیشتری خواهد بود . فاصله بین ۲ عدد بدست آمده از این ۲ روش آزمایش را ، sensitivity یا حساسیت سوخت مینامند که بسیار هم با اهمیت میباشد چرا که ممکن است بنزینی بدلیل نوع افزودنی ها و مواد بکار رفته جهت بالا بردن اکتان در شرایط آزمایش RON عدد بالایی از اکتان را ارائه دهد اما در شرایط سخت تر ، توانایی مقابله بسیار کمتری نسبت به تراکم پذیری داشته باشد و عدد حاصل از آزمایش MON بسیار پایین باشد ، لذا بین چند بنزین مختلف که از آزمایش RON عدد مشابهی بدست آورده اند ، بنزینی مرغوبتر است که فاصله اعداد بدست آمده از ۲ آزمایش RON و MON برای آن نوع بنزین کمتر از بقیه باشد.            (حداکثر ۱۰ عدد اختلاف قابل قبول است)
اما در حالیکه مبنا قرار دادن عدد بدست آمده از آزمایش RON بعنوان عدد اکتان بدلایل بالا ، چندان صحیح به نظر نمی رسد و حتی راه را برای تقلب شرکتهای نفتی و استفاده از افزودنیهای ارزانتر باز می گذارد ؛ در اروپا و اکثر کشورها از جمله کشورمان ایران ، عدد RON مبنای مشخص نمودن میزان اکتان بنزین می باشد . این در حالیست که در آمریکا با استفاده از فرمول RON+MON)/2) و بدست آمدن عدد جدیدی به نام PON یا Pump Octane Number این مشکل تا حد زیادی حل شده و راه تقلب در این زمینه بسته گردیده . در زیر مثالی از اعداد RON ، MON و PON مربوط به انواع بنزین یک شرکت نفتی را می بینید :
PON MON RON
86.۵ 83 90
۸۸.۵ 85 92
91 87 95
92 88 96
94 90 98
۹۵.۸ 91.5 100
100 95 105
۱۰۴.۵ 99 110
پس به این موضوع توجه داشته باشید که عدد اکتان بنزین در پمپ بنزینهای آمریکا همیشه عددی پایین تر از عدد اکتان یک بنزین مشابه در پمپهای اروپا و سایر نقاط دنیا است ، بعنوان مثال بنزین با اکتان ۹۱ در پمپ بنزینهای ایالات متحده با بنزینی دارای عدد اکتان حدود ۹۵ در اروپا برابری میکند .





نوع مطلب : فعالیت های دانش آموزی، 
برچسب ها : کراکینگ، شیمی 1، دبیرستان، مقالات، مدرسه هوشمند فاطمیه،
لینک های مرتبط :


چهارشنبه 2 تیر 1389 :: نویسنده : . فروزانفر
نظرات ()
دوشنبه 22 اردیبهشت 1393 02:51 ب.ظ
بسیار عالی...
اگه به وبلاگ منم سر بزنین خوشحال میشم،راجع به شیمیه(البته از نوع طنزش).
یکشنبه 14 اردیبهشت 1393 11:00 ب.ظ
پنجشنبه 4 اردیبهشت 1393 09:28 ب.ظ
خیلی عالی بود
دوشنبه 25 فروردین 1393 08:51 ب.ظ
سایت بسیار جالبی هست ممنونم از شما برای بر پا کردن این سایت
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر