Технология дизельного топлива и оценка его качества

Характер процесса горения  топлива в двигателе определяется двумя основными показателями — фракционным составом и цетановым числом. На сгорание топлива более легкого фракционного состава расходуется меньше воздуха, при этом благодаря уменьшению времени, необходимого для образования топливовоздушной смеси, процессы смесеобразования протекают более полно.

Облегчение фракционного состава топлива, например при добавке  к нему бензиновой фракции, может  привести к жесткой работе двигателя, определяемой скоростью нарастания давления на 1° поворота коленчатого  вала. Это объясняется тем, что  к моменту самовоспламенения  рабочей смеси в цилиндре двигателя  накапливается большое количество паров топлива, и горение сопровождается чрезмерным повышением давления и стуками  в двигателе.

Влияние фракционного состава  топлива для двигателей различных 
типов неодинаково. Двигатели с предкамерным и вихрекамерньм смесеобразованием вследствие наличия разогретых до высокой температуры стенок предкамеры и более благоприятных условий сгорания менее чувствительны к фракционному составу топлива, чем двигатели с непосредственным впрыском. Наддув двигателя, создающий повышенный термический режим камеры сгорания, обеспечивает возможность нормальной работы на топливах утяжеленного фракционного состава.

Время прокручивания двигателя  при запуске его на топливе  со средней температурой кипения 200—225 °С в 9 раз меньше, чем на топливе  со средней температурой кипения, равной 285 °С.

При испытаниях дизельного топлива утяжеленного фракционного состава с температурой конца  кипения на 30 °С выше, чем у стандартного летнего топлива, отмечен повышенный расход топлива в среднем на 3 % и увеличение дымности отработавших газов в среднем на 10 %. Одной  из основных причин повышения расхода  топлива является более высокая  вязкость топлива утяжеленного фракционного состава.

Расход топлива зависит  не только от температуры конца его  кипения, но и от 50 %-ной точки перегонки.

Для летних дизельных топлив, полученных перегонкой нефти, 50 %-ная  точка выкипания находится в  пределах 260-280 °С (наиболее типичные значения 270—280 °С), для зимних марок дизельных  топлив она составляет 240-260 °С[12].  

Определяют процессы испарения  и смесеобразования в дизеле, так  как от них зависит форма и  строение топливного факела, размеры  образующихся капель, дальность проникновения  капель топлива в камеру сгорания. Более низкая плотность и вязкость обеспечивают лучшее распиливание топлива; с повышением указанных показателей  качества увеличивается диаметр  капель и уменьшается полное их сгорание, в результате увеличивается удельный расход топлива, растет дымность отработавших газов.

Вязкость топлива зависит от его углеводородного состава. Летнее дизельное топливо, получаемое из западносибирской нефти, в котором преобладают парафино-нафтеновые углеводороды, имеет вязкость при 20 °С 3,5—4,0 мм²/с; такое же по фракционному составу топливо из сахалинских нефтей, в котором преобладают нафтено-ароматические углеводороды, — 5,5—6,0 мм²/с. Стандартом на дизельное топливо вязкость нормируется в достаточно широких пределах, что обусловлено различием углеводородного состава перерабатываемых нефтей. Попытки ограничить вязкость топлива в узких пределах приведут к сокращению ресурсов его производства, так как потребуется снизить температуру конца кипения топлива. В зарубежных стандартах кинематическая вязкость нормируется обычно при 40 °С, в то время как отечественные ГОСТ и ТУ регламентируют вязкость при 20 °С.

Топлива являются смазочным  материалом для движущихся деталей  топливной аппаратуры быстроходных дизелей, пар трения плунжерных топливных  насосов, запорных игл, штифтов и  других деталей.

Смазывающие свойства топлив значительно хуже, чем у масел, так как и вязкость, и содержание поверхностно-активных веществ (ПАВ) в топливах меньше, чем их содержание в маслах. Противоизносные свойства топлив улучшаются с увеличением содержания ПАВ, вязкости и температуры выкипания.

В связи с ужесточением требований к качеству дизельных  топлив по содержанию серы и переходом  на выработку экологически чистых топлив, гидроочистку их проводят в жестких  условиях. При этом из дизельных  топлив удаляются соединения, содержащие серу, кислород и азот, что негативно  влияет на их смазывающую способность. Наиболее реальным способом улучшения  смазывающих свойств дизельного топлива является применение противоизносных  присадок.

Химическая стабильность дизельного топлива характеризуется  такими показателями, как содержание фактических смол, коксуемость. Чем меньше смол в топливе, тем меньше нагарообразование и осмоление деталей двигателей.

Йодное число характеризует склонность топлива к дальнейшему осмолению при хранении. Дизельное топливо должно содержать не более 6 г йода на 100 г топлива.

В таблицах 2 приведена характеристика к дизельным топливам согласно ТУ 38.401-58-296-01 «Топливо дизельное автомобильное» 13].

 

Таблица2. Характеристики дизельного экспортного топлива (ТУ 38.401-58-110-94«Топливо дизельное автомобильное») 

 

Показатели	Норма для марок
	ДЛЭ	ДЭЗ
Дизельный индекс, не менее	53	53
Фракционный состав: перегоняется при температуре, °С, не выше: 50% 90% 96%	280 340 360	280 330 360
Кинематическая вязкость при 20 °С, мм2/с	3,0-6,0	2,7-6,0
Температура, °С: застывания, не выше предельной фильтруемое, не выше  вспышки в закрытом тигле, не ниже	-10 -5 65	-35 -25  60
Массовая доля серы, %, не более, в топливе: вида I вида II	0,2 0,3	0,2 -
Испытание на медной пластинке	Выдерживает
Кислотность, мгКОН/100 см3 топлива, не более	3,0	3,0
Зольность, %, не более	0.01	0,01
Коксуемость 10 %-ного остатка, %, не более	0,2	0,2
Цвет, ед. ЦНТ, не более	2,0	2,0
Содержание механических примесей	Отсутствие
Прозрачность при температуре 10 °С	Прозрачно
Плотность при 20 °С, кг/м3, не более	860	845

 

 

В таблице 3 приведены требования к экспортным дизельным топливам согласно ТУ 38.401-58-296-01«Дизельное экспортное топливо».

 

Таблица 4.Требования ТУ 38.401-58-296-01«Дизельное экспортное топливо»

 к качеству дизельных  топлив [13].

Показатель	Единицы	Пределы
		минимум	максимум
1. Цетановое число		51,0	-
2. Цетановый индекс		46,0	-
3. Плотность при 150 °С	кг/м3	820	845
4. Полициклические ароматические	% масс.		11
углеводороды
5. Содержание серы	мг/кг	-	350
6. Температура вспышки	°С	Выше 55	-
7. Коксовый остаток (10%-го  остатка разгонки)
	% масс.		0 30
8. Зольность	% масс.	-	0,01
9. Содержание воды	мг/кг	-	200
10. Общее загрязнение.	мг/кг	-	24
11. Коррозионная агрессивность  меди (3 ч при 50°С)	Оценка	Класс 1
12. Окислительная стабильность	г/м3	-	25
13. Смазывающая способность,
скорректированный диаметр  пятна	мкм	-	460
износа (WS 1,4) при 60 °С
14. Вязкость при 40 °С	мм2/с	2,00	4,50
15. Фракционный состав	%об.
% об. перегоняется до 250 °С			<65
% об. перегоняется до 350 °С		85
95% об. перегоняется при	°С		360

 

 

Основными показателями качества, ответственными за экологические последствия  выбросов отработавших газов дизелей, являются:

- массовая доля серы;

- массовая доля ароматических углеводородов, связанная с цетановым числом дизельного топлива;

- фракционный состав, характеризующий пределы выкипания топлива.

Отечественные дизельные  топлива по ГОСТ 305-82 не соответствуют  европейским нормам EN 590 по содержанию серы и имеют в среднем несколько  меньшее цетановое число.

Содержание серы в дизельном  топливе определяет количество выброса, образующегося в отработавших газах  диоксида серы. Это содержание вредных веществ в выхлопных газах регламентировано в экологическом стандарте ЕВРО -4. В Украине действуют такие стандарты, как ДСТУ 4839:2007 и ДСТУ 4840:2007, соответствующие требованиям Евро-4 и Евро5

 

ВЫВОДЫ

1.Производство дизельного топлива состоит из ряда этапов:

-первичной перегонки;

- вторичная переработка;

- каталитический крекинг;

- термический крекинг;

- гидрокрекинг;

-компаундирование.

Всё сырье проходит две  основные стадии первичную и вторичную перегонку, первые основаны на различии физических свойств компонентов нефти: температуры кипения, кристаллизации, растворимости.

2. Установили, что наиболее важнейшими процессами в формировании качества дизельного топлива являются вторичные процессы, характеризующиеся преобразованием нефтяного сырья в результате глубоких химических деструктивных превращений, которые претерпевают углеводороды, содержащиеся в нефти под влиянием давления, катализаторов, температуры. Таким образом различают гидрокрекинг, термический и катализаторный.

3. Определили, что качество дизельного топлива характеризуется рядом показателей, такими как:

-цетановое число равное 51,

-йодное число, которое не должно превышать 6 г йода на 100 г топлива;

-воспламеняемость;

-фракционный состав не менее;

-вязкость2 мм²/с;

-коррозийная активность.

4.Нормативными документами на дизельные топлива, такими как ТУ 38.401-58-296-01, ТУ 38.401-58-110-94, ГОСТ 305-82, регламентируются следующие показатели качества, характеризующие их коррозионную агрессивность: содержание общей серы, содержание меркаптановой серы и сероводорода, водорастворимых кислот и щелочей, испытание на медной пластинке.

5.Обосновали получение дизельных топлив, не содержащих элементной серы и сероводорода в количествах, вызывающих коррозионное воздействие на металлы.

Так же стандартами жёстко регламентируется химический состав дизельного топлива в зависимости от их предназначения.

 

Литература

1.Смидович Е.В.Технология переработки нефти и газа.-Москва, 1980.- 188 с.

2.ТОПЛИВО ДИЗЕЛЬНОЕ :Технические условия: ГОСТ 305-82-[Измененная редакция, Изм. № 8, действует с 01.03.2012]-Межгосударственный стандарт.

3. Магеррамов А.М. Нефтехимия и нефтепереработка/ Магеррамов А.М., Ахмедова Р.А., Ахмедова Н.Ф.- Баку: Бакы Университети, 2009.- 660 с.

4.Борпак.ру: Каталитический крекинг[Электронный ресурс]-.-2011.- Режим доступа :

http://borpak.ru/neftyanaya-otrasl/kataliticheskiie-kreking.htm

5.Бондаренко А.Д Технология химической промышленности.- Киев,1982- 238 с

6.Альянс . Технический перевод-гидрокреинг[Электронный ресурс]-2011-режим доступа

http://tran.su/ru/lib/technical_translation/pererabotka-nefti/gidrokreking

7.Черножуков Н.И. Технология переработки нефти и газа. - М.: Химия, 1978.- 423 с

8.АвтоСфера:Дизельные топлива[Электронный ресурс]-Казань,2010- Режим доступа:

http://www.avtosphera.ru/poleznaja-informatsija/dizelnye-topliva/

9.Дизельное экспортное  топливо- ТУ 38.401-58-110-94-Показатели дизельного топлива

3.Auto TronHorse: Дизельные топлива-плюсы и минусы[Электронный ресурс]- 2012- портал  IronHorse-режим доступа

http://auto.ironhorse.ru/dizelnyiy-dvigatel-plyusyi-i-minusyi_336.html

6.Extrim Drive-Автокосметика, автомобильные масла и жидкости[Электронный ресурс]-2011-2012-режим доступа

http://www.extrimdrive.ru/Chto-takoye-quotprisadkaquot.html