Combustibilii o sursă de; energie chimică Cultură Științe-Chimie

Substanțele a căror combustie permite funcționarea motoarelor termice se numesc „combustibili”. Prin urmare, energia chimică conținută în combustibil este destinată transformării în energie mecanică. Benzina utilizată în autoturisme este un caz special de combustibil. La fel ca majoritatea combustibililor obișnuiți, benzina este de fapt un amestec de multe specii chimice: câteva zeci de hidrocarburi „rezervoare de energie” și aditivi în proporții mici introduse pentru a conferi proprietăți particulare amestecului.

Combustibili

Ce este un combustibil ?

Substanțele a căror combustie permite funcționarea motoarelor termice se numesc „combustibili”. Prin urmare, energia chimică conținută în combustibil este destinată transformării în energie mecanică1. Benzina utilizată în autoturisme este un caz special de combustibil. La fel ca majoritatea combustibililor obișnuiți, benzina este de fapt un amestec de multe specii chimice: câteva zeci de hidrocarburi „rezervoare de energie” și aditivi în proporții mici introduse pentru a conferi proprietăți particulare amestecului.

Cei mai comuni combustibili, precum și utilizarea lor și consumul anual în Franța sunt prezentate în tabelul următor.

Producția de combustibili prin rafinarea petrolului

Principala cale de obținere a celor mai obișnuiți combustibili este rafinarea petrolului (toate operațiunile care vizează transformarea țițeiului extras din câmp în produse utilizabile: combustibili, combustibili, produse de bază din câmp se numesc „rafinare”. Industria chimică.) [2-4] .

Următoarea diagramă oferă o vedere simplificată a lanțului de rafinare: țițeiul conține întotdeauna o anumită cantitate de apă sărată, este extras în etapa de desalinizare. Apoi suferă o separare a constituenților săi prin distilare fracționată la presiunea atmosferică. [5] . Coloanele folosite pot atinge șaizeci de metri înălțime de-a lungul cărora temperatura variază între 370 și 70 ° C. Sunt proiectate astfel încât produsele să poată fi îndepărtate la diferite înălțimi; vorbim de „cupe de distilare”.

1 O substanță a cărei combustie este utilizată pentru a genera căldură se numește „combustibil”. Energia chimică conținută în substanță este în acest caz convertită în energie termică.
2 Cifre 2004, Direcția Generală Energie și Materii Prime
3 motoarele cu reacție sunt traversate de un flux de gaz. Energia cinetică a gazelor de eșapament este cea care permite aeronavei să se miște.

Diferitele tăieri de distilare luate de-a lungul coloanei sunt:

În partea de jos a coloanei: cele mai grele hidrocarburi (C> 20, cu mai mult de 20 de atomi de carbon per moleculă), numite „reziduuri atmosferice”. Acestea sunt cele cu cel mai mare punct de fierbere. Pentru a fi supuse unei separări suplimentare, acestea trebuie distilate în vid.

Temperatura de fierbere a amestecului scade odată cu înălțimea sa în coloană și motorina (C13-C20), kerosenul (C10-C13), materia primă a combustibilului pentru jet, apoi nafta (C5-C10) sunt separate, ceea ce va face posibilă producerea de esențe obișnuite și super.

În partea de sus a coloanei, cele mai volatile produse sunt recuperate în stare gazoasă (C1-C4).

De exemplu, cea mai mare rafinărie din Franța (rafinăria Normandia, grupul Total) are o capacitate de distilare de 16 milioane de tone de brut pe an.

Celelalte sectoare de producție: sinteza Fischer-Tropsch

Alte sectoare permit producerea de combustibili sintetic. Toate se bazează pe procesul Fischer-Tropsch, dar diferă în ceea ce privește materia primă utilizată („umplutura”). Într-adevăr, natura exactă a încărcăturii nu este esențială, singura cerință este că trebuie să fie bogată în carbon și hidrogen. Cele mai răspândite procese utilizează:

Gaz natural: acest proces numit GTL („Gaz la lichid”) este procesul istoric Fischer-Tropsch (1923). Combustibilii obținuți sunt încă scumpi în comparație cu cei din rafinarea petrolului, dar procesul este dezvoltat pentru a-și îmbunătăți rentabilitatea.

Cărbune: un proces utilizat până în anii 1990, apoi abandonat din cauza profitabilității sale scăzute.

Biomasă, adică uleiuri vegetale (rapiță), cereale (grâu, porumb) și plante de zahăr (sfeclă). Acest proces face posibilă obținerea „biocombustibililor”. Deși pentru moment nu sunt foarte competitive cu combustibilii din sectorul petrolier, au avantajul de a exploata resursele regenerabile, spre deosebire de combustibilii fosili (petrol, gaze naturale și cărbune). Putem lua în considerare și utilizarea deșeurilor agricole, menajere sau industriale.

Aceste trei procese se bazează pe același lanț de reacție dezvoltat în figura de mai jos pe exemplul gazului natural:

Alimentarea este supusă reformării vaporilor (gazificare în cazul metanului) care îl transformă în „gaz de sinteză”: un amestec de CO + H2.