Дизельные топлива

Современные дизели устанавливают практически на всех видах транспортных средств (кроме самолетов), а также используют в качестве стационарных установок (дизель-генераторы, дизель-насосы и т.д.). По частоте вращения коленчатого вала дизели подразделяют на:

ü Высокооборотные (более 1500 мин^-1);

ü среднеоборотные (250-1500 мин^-1);

ü тихоходные дизели (менее 250 мин^-1)

На автомобили устанавливают высокооборотные дизели. Работа дизельного двигателя основана на самовоспламенении топлива. Топливо для дизелей должно легко воспламеняться при температуре, развиваемой при сжатии воздуха в камере сгорания. Бензин, например, для этих целей не годится. Температура его самовоспламенения слишком высока. Самовоспламенение - это способность топлива самопроизвольно воспламеняться без поднесения к нему пламени.

Топливо для дизельных двигателей представляет собой смесь углеводородов керосиновой, газойлевой и соляровой фракций прямой перегонки (для быстроходных дизелей) и более тяжелых фракций или остаточных нефтепродуктов (для тихоходных дизелей).

Дизельное топливо с температурой кипения 180-360 °С, плотностью 0.790-0.860 г/см³ получают из прямогонной нефти с последующей гидроочисткой и депарафинизацией (для зимних марок); в некоторые сорта добавляют до 20% газойлевых фракций каталитического крекинга.

Лучшим дизельным топливом можно считать легкое моторное топливо с температурой кипения 230-350°С, состоящее из 60% керосиновых фракций, выкипающих до 300 С, и 40% более тяжелых – соляровых фракций, выкипающих в интервале 290- 350°С.

В соответствии с назначением (использованием), условиями хранения и транспортировки в топливах для дизельных двигателей нормируют физико-химические и эксплуатационные показатели, описанные ниже.

Воспламеняемость. Исходя из принципа работы дизелей, главным требованием к топливу для них является способность легко воспламеняться при сжатии, образуя предварительно горючую смесь с воздухом. На смесеобразование и воспламенение в дизеле отводится очень мало времени, причем тем меньше, чем выше частота вращения коленчатого вала дизеля. Способность топлива к самовоспламенению выражается условным показателем - цетановым числом (ЦЧ).

Цетановое число – показатель воспламеняемости дизельного топлива, численно равный процентному содержанию цетана (CH₃-(CH₂)₁₄-CH₃ — ациклический насыщенный углеводород нормального строения) в смеси с α -метилнафталином, которая по воспламеняемости в стандартном двигателе эквивалентна испытуемому топливу.

ЦЧ определяет жесткость рабочего процесса (скорость нарастания давления), расход топлива, дымность газов. Чем выше ЦЧ, тем ниже скорость нарастания давления и температуры и тем менее жестко работает двигатель. Оптимальное для современных дизелей значение ЦЧ составляет 45-55 единиц.

Если ЦЧ выше оптимального, топливо воспламеняется, еще не успев перемешаться с воздухом, и самовоспламенение еще до конца такта сжатия, что будет противодействовать ходу поршня. Мощностные характеристики дизеля при этом снижаются. В среднем с повышение значения ЦЧ сверх нормы на одну единицу ухудшаются экономичность расхода на 0, 2-0, 3 % и дымность на 10-15 %.

ЦЧ определяется экспериментально «методом совпадением вспышек» по ГОСТ 3122 на одноцилиндровой установке ИТ9-3. В США, Англии, Франции и странах Латинской Америки для определения ЦЧ применяется установка ASTM-CFR (Вокеш) дизельной головкой. В этих странах наряду с ЦЧ воспламеняемость и горючесть дизельных топлив оценивают дизельным индексом ДИ (в западных спецификациях дизельный индекс обозначается как цетановый индекс ЦИ).

ДИ более точно отражает связь воспламеняемости топлива с его углеводородным составом. Величина дизельного индекса для различных типов дизелей колеблется от 9 до 65. Для тихоходных дизелей применяется топливо с дизельным индексом от 30 до 40 единиц, для быстроходных 45-65. ДИ определяется не экспериментально, а рассчитывается исходя из плотности и характеристик углеводородного состава (анилиновой точки).

Для оценки ЦЧ дизельных толлив можно воспользоваться несколькими эмпирическими зависимостями. Для продуктов прямой перегонки наиболее точным является определение ЦЧ по ГОСТ 27768 исходя из плотности и температуры 50% об. отгона по формуле:

ЦЧ = 45474 - 1641, 41 +774, 74()²-0, 55t_50%+97, 80(lgt_50%)², где

t_50%- температура 50% отгона с учетом поправки на нормальное барометрическое давление;

-плотность топлива при 15˚ С отнесенная к плотности воды при 15˚ С

Для товарных дизельных топлив цетановое число можно оценить по формуле:

ЦЧ=

Испаряемость. Этот показатель нормируется фракционным составом, температурами 50, 90 и 96 % (принимают как конец перегонки) отгона. Чем выше эти температуры, тем тяжелее топливо. Пусковые свойства оценивают по температуре 50% отгона.

Низкотемпературные свойства. Низкотемпературные свойства - одни из важнейших эксплуатационных показателей. В современных технических документах на дизельное топливо низкотемпературные свойства нормируют тремя показателями:

- температурой застывания, от которой зависит прокачиваемость топлива по трубопроводам, легкость проведения сливных-наливных операций, то есть температурный порог использования;

- предельной температурой фильтруемости температурой помутнения, от которых зависит прокачиваемость через холодные фильтры, надежность работы дизеля;

- содержанием воды.

Однако весьма сильное влияние на температуру плавления углеводородов оказывает строение углеводородов: углеводороды одинаковой молекулярной массы, но различного строения могут иметь значительные расхождения, в температурах плавления. Наиболее высокие температуры плавления имеют парафиновые углеводороды с длинной неразветвленной цепью углеводородных атомов. Именно эти углеводороды в первую очередь выпадают при понижении температуры. Ароматические и нафтеновые углеводороды плавятся при низких температурах, однако те из них, которые имеют длинную неразветвленную боковую цепь, плавятся при более высоких температурах. По мере разветвления цепи парафинового углеводорода или боковой парафиновой цепи, присоединенной к ароматическим или нафтеновым кольцам, температура плавления углеводородов снижается.

Для обеспечения требуемых температур помутнения и застывания в дизельные топлива вводят депрессорные присадки. Добавление сотых долей присадки позволяет снизить предельную температуру фильтруемости на 10-15 °С, а температуру застывания - на 15-20 ^оС. Введение присадок не влияет на температуру помутнения. Это связано с механизмом действия депрессорных присадок, заключающемся в модификации структуры кристаллизующихся парафинов, уменьшении их размеров. При этом общее количество н-парафинов не снижается. Также образование кристаллов при низких температурах может быть вызвано присутствием воды, которая попадает в дизельное топливо в результате наливных операций.

К другим важнейшим эксплуатационным характеристикам дизельных топлив относятся:

- плотность

- вязкость

- содержание воды и механических примесей

- химическая стабильность

- коррозионная активность

- температура вспышки

- склонность к нагарообразованию

- содержание серы и др.

НПЗ России производят несколько видов дизельных топлив: для быстроходных мало- и среднеоборотных дизелей. Для быстроходных дизелей (автомобильных) производят летнее, зимнее, арктическое, экспортное с депрессорными присадками, экологически чистые и городские.

Дизельные топлива летнее (Л), зимнее (З), арктическое (А) вырабатываются по ГОСТ 305-82 (см. табл.). Они предназначены для применения при следующих температурах окружающего воздуха: Л - при 0 ˚ С и выше; З - до минус 20 °С (с температурой застывания не выше -35 °С и помутнения не выше -25 °С) и до минус 30 °С (с темпе­ратурой застывания не выше -45 °С и помутнения не выше -35 °С); А - до минус 50 °С.

Разрешаются (по согласованию с потребителем) выработка и применение топлива с температурой застывания 0 °С без нормирова­ния температуры помутнения.

Согласно ГОСТ 305-82 предусмотрена следующая маркировка дизельного топлива: летнего Л-0, 2-62 (содержание серы и температура вспыш­ки), зимнего 3-0, 2-минус 40 (содержание серы и температура засты­вания), арктического А-0, 2 (содержание серы). Дизельные топлива Л, 3 и А обычно получают компаундированием прямогонных и гид­роочищенных газойлезых фракций. Сырьем для гидроочистки явля­ются как прямогонные дистилляты, так и продукты вторичных про­цессов, например, легкий газойль каталитического крекинга.

Дизельные экспортные топлива (ТУ 38.401-58-110-94) для по­ставки на экспорт вырабатываются с содержанием серы не более 0, 2% (табл. 3.5). Экспортное топливо получают гидроочисткой прямогонных газойлевых фракций.

Зимние дизельные топлива с депрессорными присадками произво­дят на основе летнего топлива: марку ДЗп с температурой застыва­ния – 30 ˚ С по ТУ 38.101889-81, для районов с холодным климатом вырабатывают топлива ДЗп-15/-25 и ДАп-35/-45 с температурами застывания соответственно -35 и - 55˚ С по ТУ 38.401-58-36-92 (табл. 3.6).

Экологически чистые дизельные топлива (ТУ 38.1011348-89) про­изводят с помощью гидроочистки газойлевых фракций прямой перегонки и вторичных процессов табл. Городские дизельные топлива (ТУ 38.401-58-170-96) с улучшенными экологическими свойствами предназначены для применения в г. Москве (табл. 3.8). В топлива добавляют присадки: летом - антидымную (отечествен­ную ЭФАП-Б или импортную Любризол 8288), зимой - депрессорную (импортную сополимер этилена с винилацетатом).

Городские топлива характеризуются меньшей дымностью и токсичностью отработанных газов (примерно на 30-50 % по срав­нению с топливами без присадок). Топлива отвечают европейским требованиям на содержание серы (не более 0, 05 %).

Сравнение некоторых показателей качества наиболее массовых марок дизельных топлив, выпускаемых в России и требований европейских стандартов свидетельствуют о том, что европейские спецификации более жесткие.

Таблица