

کروزن (Kerosene) برشی از نفت خام است که گسترۀ جوش آن بلافاصله بعد از بنزین قرار گرفته است و شامل هیدروکربن های C10 تا C14 میباشد. فاصلۀ جوش این برش نفتی تقریباً بین 190˚C تا 270˚C میباشد. سوخت جت و نفت سفید هر دو از زیر مجموعه ها و فراورده های کروزن هستند. این ترکیبات بی رنگ هستند و میتوانند کاربردهای مختلفی داشته باشند. شما میتوانید پالایش نفت فرآیندهای آن را در مقاله لینک شده مطالغه نمایید.
از جمله کاربردهای نفت سفید که در گذشته بسیار رایج بود، استفاده به عنوان سوخت بخاری های نفتی و وسایل روشنایی است. امروزه با گسترش استفاده از گاز شهری و برق، این گونه کاربردها کمتر قابل توجه هستند. همچنین نفت سفید سوخت مورد استفاده در تراکتورها و بعضی ماشین آلات کشاورزی میباشد.

موتورهای جت در انواع هواپیماها، هلی کوپترها و کلیۀ وسایل هواگرد، از سوختی به نام سوخت جت (Jet fuel) استفاده میکنند که این سوخت باید دارای شرایط ویژه ای باشد. موتور هواپیماها دارای ساختار متفاوتی با موتورهای سیلندر پیستونی خودرو است. در این موتورها با ایجاد شتاب در هوا نیرویی به نام تراست (Trust) ایجاد میشود و این نیرو در حقیقت پیشرانش لازم در هواپیما را موجب میشود. از این رو سوخت جت باید دارای ساختار ویژه ای باشد که در ادامۀ مطلب به آن اشاره خواهد شد.

نحوۀ عملکرد موتور جت
در موتور جت، هوا از طریق فن ورودی مکیده شده و در کمپرسور متراکم میشود. به علت بالا بودن سرعت هوای ورودی، نمیتوان آنرا مستقیماً برای اشتعال استفاده کرد. چرا که در این صورت مقدار زیادی از هوا بدون سوخته شدن از محفظۀ احتراق خارج میگردد.
به منظور پایین آوردن سرعت هوای ورودی، هوا پس از کمپرسور وارد دیفیوزر شده و در آن جا ضمن کاهش سرعت، فشارش افزایش مییابد. در ادامه هوا وارد محفظۀ احتراق (Combustion Chamber) شده و در آنجا با سوخت ترکیب میگردد. هوای ترکیب شده با سوخت محترق میشود و در اثر نیروی حاصل از احتراق، توربین های قرار گرفته در خروجی محفظۀ احتراق شروع به چرخش و تولید کار میکنند.
همچنین بخشی دیگر از نیروی حاصل از احتراق سوخت، با عبور گاز خروجی از نازل و افزایش سرعت و مومنتوم صرف ایجاد نیروی رانش (Trust) هواپیما میشود. شکل زیر شمای کلی یک موتور جت را نشان میدهد.

انواع سوخت جت
سوخت جت دارای انواع متنوعی هستند که بر حسب کاربرد نظامی و یا مسافربری، دارای اسامی متفاوتی در کشورهای مختلف هستند. فراورده ای که بیشترین کاربرد را دارد توربوراکتور (TRO) یا (JP8) است که اتحادیۀ ناتو از نام F34 و F35 برای آن استفاده میکند.
سوخت مشابه در آمریکا JetA1 نام دارد. در ارتش از سوخت های فرارتری به نام TR4، JP4 ، Jet B ، F45 و F40 استفاده میشود. اسامی مختلف این سوخت ها به علت تفاوت جزئی در ساختار آنها است. همچنین نوع دیگری از سوخت جت سنگین تر و با فراریت کمتر به نام TRS یا JPS ( که ایمنی بیشتری هنگام ذخیره شدن تأمین میکند) وجود دارد . پرکاربرد ترین سوخت جت در سطح جهان، TRO یا JetA1 است که تقریباً برای تمامی هواپیماهای ناوگان مسافربری به کار میرود. در ادامه مشخصات مربوط به این سوخت بیان خواهد شد.
مشخصات سوخت جت
بر خلاف موتورهای پیستونی، موتورهای جت از جریان مداوم گاز استفاده میکنند. با توجه به اینکه هواپیما در ارتفاع بالایی پرواز میکند و دمای هوا در ارتفاعات بالا کمتر است. سوخت جت باید قابلیت سیالیت خود را در دماهای خیلی کم هم حفظ کند. همچنین در هواپیماهای مافوق صوت، سوخت جت و نفت سفید باید از پایداری حرارتی بالایی برخوردار باشد. در ادامه مشخصات مربوط به سوخت جت مطرح خواهد شد.
1. چگالی
برای دست یابی به حداکثر انرژی در حجم معینی از مخزن و کاهش حجم راکتورهای داخل هواپیما، استفاده از سوخت با چگالی بالا ترجیح داده میشود. این افزایش چگالی سوخت نباید توسط ترکیبات خیلی سنگین که باعث کاهش بازده احتراق و ایجاد رسوب های کربنی میشوند، تأمین شود. اصولاً چگالی سوخت جت در محدودۀ بین 0.775 تا 0.84 Kh/lit قرار دارد.
2. فشار بخار
فشار بخار، بیشتر در مورد هواپیماهای نظامی و خصوصاً برای سوخت JP4 مطرح است. فشار بخار این سوخت باید بین 14 تا 21 کیلو پاسکال باشد تا در ارتفاعات زیاد که فشار هوا کم است، سوخت تبخیر نشود. تبخیر سوخت میتواند سبب ایجاد سدی از بخار شده و باعث از کار افتادن پمپ ها و تجهیزات و اتلاف در مخازن شود. با این حال برای روشن کردن موتور هواپیما در سطح زمین یا استارت مجدد در ارتفاعات، وجود ترکیبات سبک در سوخت ضروری است.
3. تقطیر
محدودۀ تقطیر سوخت جت تقریباً برابر با برش کروزن در برج تقطیر میباشد. به صورتی که در دمای 204 C˚ بیش از 10% سوخت تقطیر شده و و دمای نهایی تقطیر آن 288 C˚ میباشد.
4. نقطۀ انجماد سوخت
به علت کارکرد هواپیما در ارتفاعات زیاد، سوخت جت در معرض هوا با دمای -40 C˚ تا -50 C˚ قرار میگیرد. تحت این شرایط سوخت باید قادر باشد سیالیت خود را حفظ کند. بنابراین حداکثر نقطه انجماد سوخت جت دمای -50 C˚ میباشد.
از جمله مواردی که موجب اشکال در سوخت جت میشود، وجود آب در آن است. از آنجایی که آب در دمای صفر درجۀ سانتی گراد یخ میزند، وجود آب در سوخت موجب تشکیل بلورهای یخ شده و کارکرد موتور هواپیما مختل میشود. جهت رفع این مشکل از مواد ضد یخ در سوخت استفاده میکنند تا علاوه بر جذب آب، نقطۀ انجماد سوخت را نیز کاهش دهد. این مواد افزودنی به سوخت ها معمولاً از نوع اتر الکل ها مانند متوکسی اتانول میباشند که به غلظت حداکثر 1500 ppm به سوخت افزوده میشوند.

5. ساختار شیمیایی سوخت جت
به منظور کاهش رسوب های کربنی و تأمین شعلۀ مناسب، دو پارامتر نقطۀ دود و میزان مواد آروماتیک در مورد سوخت جت بسیار حائز اهمیت است. نقطۀ دود یک سوخت، حداکثر ارتفاع شعله بدون ایجاد دود در یک چراغ آزمایشگاهی استاندارد است. محدودۀ نقطه دود معمولاً بین 10 تا 40 میلی متر است که در مورد سوخت جت 25 میلی متر در نظر گرفته میشود. نقطۀ دود پارافین های زنجیری بالا بوده و با شاخه دار شدن ساختار پارافین، نقطه دود کاهش مییابد. همچنین ترکیبات حلقوی نفتنی و آروماتیک ها دارای نقطه دود بسیار پایین تری میباشند. اما از طرفی هرچه میزان آروماتیک ها در سوخت بیشتر باشد، رسوب های کربنی در آن بیشتر است. به همین علت باید میزان آروماتیک ها در سوخت محدود شود. میزان مجاز آروماتیک ها در سوخت جت حدود 20% قرار داده شده است.
6. پایداری حرارتی
در سرعت های بالای حرکت هواپیما دمای سوخت جت هنگام عبور از مناطق داغ موتور بالا میرود. برای بررسی میزان پایداری حرارتی سوخت در این شرایط، آزمایش اکسیداسیون حرارتی سوخت جت (Jet Fuel Thermal Oxidation Test) انجام میگردد. این آزمایش نشان دهندهی میزان رسوب تشکیل شده توسط سوخت بر یک سطح فلزی با دمای بالاست. هرچه مقدار رسوب تشکیل شده کمتر باشد، سوخت از پایداری بهتری برخوردار بوده و کیفیت آن مناسب تر است.
مقایسۀ ساختار چند نوع سوخت جت
با توجه به این که سوخت جت از فرآورده های نفتی بسیار پر تقاضا در بازار است، میزان تولید آن در پالایشگاه ها نسبتاً زیاد میباشد. این سوخت میتواند فراوردۀ حاصل از تقطیر مستقیم نفت خام بوده و یا از برش های میان تقطیر فرآیند هیدروکراکینگ باشد.
بسته به نوع کاربرد سوخت جت در وسایل مختلف هواگرد، این سوخت میتواند دارای انواع مختلفی باشد که هر کدام مشخصات مخصوص به خود را دارند. جدول زیر نشان دهندۀ مشخصات چند نوع مختلف از سوخت جت و نفت سفید میباشد.
خواص سوخت/انواع سوخت | JP-4 | JP-5 | JP-7 | JP-8 | RP-1 |
فرمول شیمیایی | C8.5H17 | C12H22 | C12H25 | C11H21 | C12H24 |
نسبت هیدروژن به کربن | 1.99 | 1.87 | 2.02 | 1.91 | 1.98 |
محدوده دمای جوش C˚ | 140-460 | 360-495 | 370-480 | 330-510 | 350-525 |
نقطه انجماد C˚ | 80- | 57- | 47- | 50- J A 60- J A-1 |
55- |
آروماتیک ها % | 10 | 19 | 3 | 18 | 3 |
نفتن ها % | 29 | 34 | 32 | 20 | 58 |
پارافین ها % | 59 | 45 | 65 | 60 | 39 |
اولفین ها % | 2 | 2 | – | 2 | – |
گوگرد ppm | 370 | 470 | 6018 | 490 | 20 |
همانطور که از جدول بالا ملاحظه میگردد، سوخت JP – 4 که مخصوص هواپیماهای نظامی است از نقطه انجماد پایینی برخوردار است و در عوض به علت بالا بودن میزان ترکیبات پارافینی نقطه دود آن بالا است. سوخت RP – 1 بیشتر مخصوص راکت ها است و به علت میزان بسیار کم ترکیبات آروماتیک نقطه دود آن بسیار پایین است.
به طور کلی هرکدام از انواع سوخت جت بسته به نوع وسیلۀ هواگردی که در آن استفاده میشوند، باید دارای بهینه ترین خواص باشند تا هواپیمای مورد نظر بتواند عملکرد مناسبی از خود نشان دهد. در این مقاله سعی شد تا سوخت جت و نفت سفید به طور کامل شرح و انواع سوخت جت به همراه مشخصات فنی بررسی گردد.