2.1.6. ТЕРМОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

2.1.6.1. Горение. Алканы и циклоалканы как топливо

Реакции сгорания ископаемых топлив образуют основу производства тепловой энергии, а следовательно, большей части движущей и электрической энергии, используемой в настоящее время. В принципе возможно a priori точно рассчитать максимальное количество энергии, которое можно генерировать при сгорании единицы массы топлива, если известны состав топлива и состав и средняя температура продуктов сгорания.

Полное сгорание насыщенных углеводородов в атмосфере кислорода приводит к образованию диоксида углерода и воды в качестве единственных продуктов реакции:

Теплота этой реакции сгорания может быть найдена из следующего ряда стандартных реакций:

С (графит) (газ) (газ) (2)

Поэтому

что эквивалентно уравнению (1).

Поскольку в сравнении с другими членами уравнения (5) алкана мала, то теплота сгорания может быть определена с хорошим приближением следующим образом:

(6)

Ниже приведены теплоты сгорания некоторых топлив, используемых в настоящее время, а также потенциально возможных топлив:

По теплотворной способности алканы и циклоалканы превосходят кислород- и азотсодержащие топлива и несколько превосходят ненасыщенные углеводороды. Совершенно очевидно, что водород является лучшим топливом, чем алканы, однако он взрывоопасен, что затрудняет его перевозку и хранение. Водород легко доступен, поскольку образуется при электролизе воды, и не является источником загрязнения окружающей среды при сгорании. Использование водорода как дополнительного топлива имеет значительное преимущество перед атомными силовыми станциями [52]. Спирты, такие как метанол и этанол, более пригодны для использования в двигателях внутреннего сгорания, чем алканы.

Главной проблемой при использовании алканов как топлив является загрязнение окружающей среды за счет сгорания примесей, имеющихся в алканах, неполного сгорания самих алканов и окисления атмосферного азота в процессе сгорания. Эти проблемы являются наиболее острыми при использовании алканов как топлива в двигателях внутреннего сгорания. Технологические аспекты использования топлив и меры, принимаемые для уменьшения выделения несгоревших алканов, оксида углерода и оксидов азота автомашинами и реактивными двигателями выходят за рамки этой главы. В настоящее время алканы легко доступны и могут быть получены из природного газа, нефти и путем каталитического крекинга высококипящих сырых нефтяных фракций [6].