Sıvı Yakıtlar ve Özellikleri

Aşağıdaki tabloda yakıtların çeşitli özellikleri ve fiyat kıyaslaması verilmiştir. Sıvı yakıtlar ekonomik değildir. Dışa bağımlılığı artırmaktadır. Taşınması depolanması zordur. Çevreye zararları fazladır. Kazanlarda yakılırken otomatik kontrole uygun olmaları avantajlarıdır.Verimli yakılmazlarsa hava kirliliğine neden olurlar.Katı atıkları yoktur.Yakmadan önce ön ısıtma gerekir.

Özgül Ağırlık

Akaryakıtlarda ve diğer sıvı petrol destilasyonu ürünlerinde, birim hacmin ağırlığı olan özgül ağırlığın tespiti için çeşitli yöntemler vardır.Analizde kullanılan ve gövde kısmı içinde termometre bulunan tiplerine ‘’termo-hidrometre‘’ adı verilir.Özgül ağırlığı belirlenecek numune,çapı hidrometre çapından en az 2,5 cm daha geniş ve yüksekliğinde hidrometre yüzer vaziyette iken dipten 2.5 cm yukarı olacak şekilde cam bir kabın içine konulur.Yakıtın kendi sıcaklığında ölçülen özgül ağırlık değerleri 15,5 C (60 F) standart sıcaklığı çevrilerek yapılır. Akaryakıtlarda ASTM yöntemlerinin kabul ettiği diğer bir özgül ağırlık birimi A.P.I. derecesi olup , d 15,5 C (60 F) ‘daki yoğunluk olmak üzere A.P.I=141.5/d-131.5 ifadesinden bulunabilir.

Vizkozite

Vizkozite bir akıcılık ölçüsüdür.Yakıtın düşük çalışma sıcaklıklarında dahi serbestçe akacak kadar vizkozitesi düşük olmalı, sızıntıya engel olacak ve pompa sistemini yağlayabilecek kadar da yüksek vizkoziteli olmalıdır.Aynı zamanda yanma hücresine kolayca atomize edebilecek uygun vizkozitede olmalıdır. Vizkozite akış halinde olan bir sıvının akmaya karşı gösterdiği direnç olarak da tanımlanabilmekte ve mutlak vizkozite ve bağıl vizkozite olmak üzere iki grupta verilmektedir. Mutlak vizkozite, 1cm² ’lik düzlem yüzey elemanını 1cm uzakta ,yine 1cm² ’lik düper bir yüze nazaran 1cm/sn’lik bir hızla hareket ettirmek için 1dyn’lik bir kuvvet gerekiyorsa söz konusu sıvının vizkozitesine mutlak vizkozite veya mutlak içsel sürtünme adı verilir. CGS sisteminin vizkozite birimi poise (gr/sn.cm) dir.Vizkozite ölçülmesinde en çok şu birimler kullanılmaktadır.

– Engler derecesi (E)
– Redword saniye (RI)
– Saybolt saniye (SSU)

Destilasyon

Akaryakıtların özelliğini ve cinsini aydınlatmaya yarayan en önemli yöntemlerden biri destilasyondur.Bu deney ASTM’nin kabul ettiği standart bir deney seti ile yapılmaktadır.Deneyde ; yakıt , ısıtılarak buharlaştırılır.Buhar ,bir soğutucudan geçirilerek ,yoğunlaşan yakıt bir ölçü kabında toplanır.%10 ,%20 ,%30 ,%40, %50,%60,%70, %80, %90 ve son yakıtın yoğunlaştığı sıcaklıklar kaydedilir.Yakıt yüzdeleri ,ordinat eksenine ,sıcaklıklarda apsis eksenine alınarak her yakıt karışımı için buharlaşma eğrisi elde edilir.Düzgün bir yanma için , buharlaşma eğrisinin de düzgün olması gerekmektedir.

Alevlenme Noktası

Sıvı bir yakıtın yanabilmesi için ,bu yakıtın buharı ile havanın belirli oranlar dahilinde karışmış olması gerekir.Bir yakıt ne kadar kolay buhar haline gelebilirse ,hava ile yanıcı bir karışım oluşturması da o derece kolay olur.yakıtın bu kolay yanabilme özelliği ,alevlenme noktası ile tespit edilir.Yanıcı bir cismin alevlenme noktası bir cismin hava ile yanıcı karışım meydana getiren bir buhar çıkardığı en düşük sıcaklık derecesidir.Alevlenme noktasının yanma tekniği bakımından çok büyük bir önemi olmadığı kaydedilmektedir. Ancak soğuk havalarda yanabilme özelliği bakımından sınırlamalar getirmektedir. Özel kabına konulan numuneye istenilen bir sıcaklıktan itibaren bir derece aralıklarla alev yaklaştırılmakta , yakıt buharının alevi aldığı sıcaklık , yakıtın alevlenme noktası olarak belirlenmekte ve deney cihazı sesli sinyal vererek bu sıcaklığı dijital olarak belirtmektedir.

Yakıtın Yapısal Bileşimi

Genel olarak parafin ve naften tipi yakıtlarda karbon miktarı %89 civarındadır.Yakıtın önemli özelliklerinden biri de içindeki asfalt miktarıdır.Asfaltlar ,oksijenli ve kükürtlü büyük moleküllerdir.Sert asfalt normal sıcaklıkta yakıt içersinde erimez.böyle bir içeriğe sahip yakıt motorlarında kullanıldığı zaman piston ,silindir , supap yüzeylerine oturarak aşınmaya yol açar. Sert asfaltlar yakıt içersinde %0.5-0.7’yi geçmemelidir. Yakıt içersinde suyun bulunması da istenmez.Su bir yandan yakıt donanımında korozyona yol açarken , diğer taraftan yakıtın ısıl değerini düşürür.

Kükürt Miktarı

Yakıt içersinde kükürt varsa ,yakıt bu kükürtle yanar. Kükürtdioksit (SO2) veya daha fazla oksijenle birleşerek kükürt trioksit (SO3) oluşturur.Yakıtın yanmasıyla meydana gelen su buharıyla SO3 ‘ün birleşmesinden oluşan sülfürük asit (H2SO4) çok şiddetli bir aşındırıcı olduğu için bulunduğu sistemin aşınmasına sebep olur.Bu amaçla yakıt içersindeki kükürt miktarı için deneyleri yapılır.

Karbon Miktarı

Bir yakıtın yanabilmesi için buhar haline gelmesi gerekliliği açıklanmıştı. Karbon miktarı testi, yakıtın uçucu kısımlarının buharlaşmasından geriye kalan kok miktarını verir.Karbonun yüksek olması brülör memelerinde tıkanmalar gibi sorunlara neden olmaktadır.

Yakıtın Yüzey Gerilimi

Yüzey gerilimi demetin parçalanmasında etkili olan bir özelliktir.Yakıtın yüzeyi gerilimi yoğunlukla artar, sıcaklıkla azalır.Çeşitli yakıtlar için yüzey gerilimi; Benzin (0.019-0.023) Dizel yakıt (0.023- 0.028) Gaz yağı (0.028-0.029) değerleri arasındadır.

Sıvı Yakıtların Elde Edilişleri

Genel olarak sıvı yakıtlar üçe ayrılır;
-Petrol esaslı yakıtlar
-Alkol
-Yağlar

Doğal akaryakıtlar petrol ve bunun destilasyon ve kraklama (termik veya katalitik) ürünleri teşkil eder.Yapay akaryakıtlar ise sentez yoluyla elde edilen akaryakıtlar ve bunların destilasyon ürünleridir.İspirtoda yapay akaryakıttır.Petrol çeşitli hidrokarbonların karşımıdır. Bütün petrollerin esas bileşenleri parafinler, naftenler ve aromatik hidrokarbonlardır. Ortalama bir petrol %30 parafinler %25 aromatik hidrokarbonlardır. Geriye kalan %5’lik kısmı ise oksijen , azot ve kükürt bileşenlerdir. Petrol özellikle motorlu ve tepkili ulaşım araçlarının gerekli yakıtını ,makine yağlarının üretimini ve asfalt gereksinimini karşılamakta , bundan başka Fuel-Oil olarak ısıtmada kullanılmaktadır.

Ham Petrolün Terkibi

Akaryakıtlar ve minarel yağlar organik bileşilerdir.Organik bileşiklerin özelliği 4 değerli (C) ‘nun yaptığı bileşikler olmasıdır.(C) atomunun 4 basamağının her biri ayrı ayrı veya ikisi bir diğerleri ayrı ayrı veya üçü bir birisi ayrı hatta dördü de birden bir yere bağlanabilir. Renginin koyuluğu nisbetinde karbonu fazladır.Bazen siyaha yakın bazende sarımtrak renk olabilir.Siyahlığı içerisinde asfalt bulunmasından ileri gelir.Ham petrol aktarma ve vakum cihazlarında damıtma suretiyle beraber sürüklediği toprak ve sudan ayrılır.Sonra kesif sülfirik asitle muamele edilerek içerisindeki oksijenli birleşikleri tahrip edilir,petrol tabakası ayrılarak sodyum hidroksitle nötürlenir,yıkanıp suyundan ayrıldıktan sonra damıtılır. Ham petrolün alevlenme noktası takriben (0)C olmakla beraber içerisindeki hafif kısımların olmasına göre değişir. Ham petrolün kalori değeri 10000 kcal/kg civarındadır.

Doğal Akar yakıtların Elde Ediliş Yöntemleri

Sıvı yakıtlar genel olarak ham petrolün damıtılması ile elde edilirler.Bunun yanı sıra damıtma ile az miktarda elde edilebilen bazı ürünlerin miktarlarını artırmak amacıyla büyük moleküllü hidrokarbonları parçalamak (kraking yöntemi) veya temel elemanlar olan karbon ve hidrojeni birleştirerek yeni hidrokarbon molekülleri oluşturmak (sentez yöntemi) mümkündür.Ayrıca bazı tip hidrokarbonların yapıları değiştirilerek istenilen kalite ve yapıda benzin elde edilebilmektedir.

Ham Petrolün Elde Ediliş Yöntemleri

Ham petrol, propan, bütan gibi çok küçük moleküllerle ,ağır yaylar,asfalt gibi çok büyük moleküllerin ve ayrıca parafinik, naftanik ve aromatik yapıların karışımından oluşmuştur. Ham petrol ısıtıldığında önce buharlaşma sıcaklığı düşük olan küçük moleküllü bileşenler buharlaşmaya başlar.Isıtma ilerledikçe belli sıcaklık aralıklarında buharlaşan kısımlar tekrar yoğunlaştırılarak benzin, gaz yağı, fuel oil, makine yağları gibi ürün grupları elde edilmektedir. Ancak belli sıcaklık aralığında ayrılan moleküllerden oluşan bu ürün gruplarını da ,örneğin benzini de, kendi içinde damıtarak daha uçucu olan hafif benzin(kuş benzini) veya standart benzin elde edilir.Ham petrolün damıtılması sonucu da %30 benzin, %20-40 dizel yakıtı ,%20 ağır yakıtlar ,%10-20 ağır yağlar elde edilmektedir.Petrolden petrol gazı, gaz yağı ,benzin ,motorin , fuel oil ,yağlama yağları ,mum ve asfaltik bitüm gibi çeşitli ürünler elde edilmektedir.Ayrıca alkol benzeri yağlar çeşitli tarım ürünlerinden (şeker pancarı-ispirto üretimi gibi) yakıtlar elde edilmektedir. Ham petrolden elde edilen yakıtların damıtma sıcaklıkları yaklaşık olarak aşağıda verilmiştir.

Tablo 1.1: Yakıtların damıtma sıcaklıkları

Ham petrol damıtılmaya başlanmadan önce dinlendirilmekte ve bazı işlemlerle tuz ve sudan arındırılmaktadır.Ham petrolün yapısında ,elde edildiği bölgeye göre parafinik veya naftanik bileşenler daha fazla bulunabilir. Aromatlar ham petrolde çok az bulunurlar.Ham petrolün damıtılması ile elde edilen benzinde %50-75 oranında parafinler vardır

Hafif Yakıt Yağları

Diesel (dizel) araçlarda kullanılan motorine yakın incelikte(benzin, gaz yağı, motorin, marin dizel vb.) incelikte yağlardır. Nakli ve yakılması esnasında ön ısıtmaya gerek yoktur.

Orta Yakıt Yağları

Hafif yağlara nazaran akıcılığı biraz az olan yakıt türüdür(fuel-oil). Yakma anında ön ısıtmaya gerek duyulur. Türleri ve özellikleri şunlardır,
4 Numaralı Fuel-Oil veya Marine Diesel: Düşük sıcaklıkta bile bir ön ısıtmayı gerektirmeksizin pompalanabilen ve brülörden kolaylıkla geçebilen akışkan bir fuel oiltürüdür. Kalorifer Yakıt: 4 numaralı Fuel-oil’den daha az akışkan olan ve 5 numaralı Fueloil’den daha az ısıtma gerektirerek brülörden geçen bir fuel-oil türüdür.
5 Numaralı Fuel-Oil: Düşük sıcaklıklarda pompalanması ve brülörden geçirilmesi için ön ısıtma gerektirebilen ve 4 numaralı fuel-oil’den daha az akışkan olan bir fuel-oil türüdür.
6 Numaralı veya Ağır Fuel-Oil: depolama tanklarında ve pompalanma sırasında ön ısıtma gerektiren akışkanlığı az olan bir petrol ürünüdür.

Ağır Yakıt Yağları

Normal hava sıcaklığında akışı çok düşük olan yakıt türüdür.Taşınması ve yakılması esnasında ön ısıtmaya tabi tutulurlar.

Sıvı Yakıtların Isıl Değerleri

Yakıtın ısıl değeri:Yakıtın ısıl değeri genellikle birim kütlenin enerjisi ile verilir.Gaz yakıtlarda ise ısıl değer ,uygulamada birim hacminin enerjisi olarak verilir.Yanma sonu sıcaklıklarında su her zaman buhar olarak bulunduğundan , ısıl değer, alt ısıl değer olarak alınmalıdır.
Hu = 9822.2+36.6*A.P.I (kcal/kg)

Benzin veya dizel yakıt için Hu=42000-44000 kj/kg
Hu=10200-10500 kj/kg ‘dir.

Aşağıdaki tabloda sıvı yakıtların yanma ürünleri ve ısıl değerleri görülmektedir.