Инструменты пользователя

Инструменты сайта


courses:refining:дистиллятные_топлива

Дистиллятные топлива

О свойствах автомобильного бензина было сказано немало в одной из предыдущих статей, посвященной компаундированию бензина. Поговорим же теперь еще об одном распространенном виде топлива, а именно, о дизельном топливе.

Дизельное и печное топливо (топливо, применяемое для бытовых целей) — это два наиболее широко используемых вида топлива, которые получают на нефтеперерабатывающем заводе из фракций легкого газойля. Можно сказать, что это один широко используемый вид топлива, так как во многих местах дизельное и печное топливо поступают в продажу из одного и того же резервуара.

Дизельный двигатель

В общих чертах дизельный двигатель весьма напоминает бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Его единственное очевидное отличие — это отсутствие свечи зажигания. Работа дизельного двигателя зависит от самовозгорания топлива, то есть от того самого явления, которого так стараются избежать в случае бензинового двигателя.

При управлении самовоспламенением очень важно, чтобы все процессы были правильно синхронизированы по времени. В отличие от ДВС, в дизельном двигателе воздух не смешивается с топливом прежде, чем попасть в цилиндр, то есть в цилиндр подается только воздух.

Когда поршень перемещается в верхнее положение, воздух сжимается (такт сжатия) и поэтому нагревается. Точно в тот момент, когда поршень достигает верхней точки, в цилиндр впрыскивается топливо. При контакте с нагретым воздухом оно воспламеняется, что заставляет поршень начать рабочий ход.

Впрыскивание топлива в цилиндр включает несколько фаз. Во-первых, топливо подается в жидком виде — для более равномерного распределения его распыляют. Когда жидкое топливо соприкасается с перегретым воздухом, оно испаряется, и его температура поднимается до температуры самовоспламенения. Вторая фаза наступает, когда воспламенение произошло и окружающие пары и жидкость также загораются. При этом начинается рабочий ход поршня. Наконец, когда оставшаяся часть жидкости закачивается в цилиндр, она тоже воспламеняется и, таким образом, давление на поршень сохраняется на том же уровне или даже возрастает. И все это происходит приблизительно за тысячную долю секунды.

Очевидно, что механизм синхронизации должен быть очень точным. Если топливо не попадает в цилиндр в нужный момент и с нужной скоростью, за один раз может воспламениться слишком много топлива, и тогда, вместо управляемого импульса, может произойти рабочий такт со взрывом. Поэтому впрыскивание топлива в дизельный двигатель осуществляется с помощью гораздо более точной механики, чем в двигателе внутреннего сгорания. Поскольку дизельное топливо подается в цилиндр в верхней точке хода поршня, рабочие давления в системе подачи топлива лежат в интервале 2000—10000 psi (140-700 атм).

Дизельное топливо

Многие полезные свойства бензина оказываются вредными для дизельного топлива. Вспомните, что в случае бензина самовоспламенения следует избегать, в то время как для дизельного топлива одной из важных характеристик является как раз воспламеняемость. Мерой этого свойства является цетановое число. По аналогии с октановым числом и его происхождением, цетановое число дизельного топлива соответствует доле углеводорода цетана (С16Н34; гексадекана) в его смеси с α-метилнафталином. Цетановое число цетана принято равным 100, а цетановое число α-метилнафталина — 0. Когда дизельное топливо характеризуется такой же воспламеняемостью, определенной на опытном двигателе, что и модельная смесь этих двух углеводородов, то цетановое число данного топлива считается равным процентной доле цетана в этой смеси.

В некоторой мере цетановое число топлива зависит от его группового состава (доли парафинов, олефинов, нафтенов и ароматики). В случае бензинового двигателя ароматические соединения полезны, так как препятствуют самовоспламенению, в то время как парафины имеют низкие температуры воспламенения. Для дизельных двигателей, наоборот, парафины, способные к самовоспламенению при низких температурах, являются полезными компонентами топлива, а ароматические углеводороды (которых много в крекинг-газойле) — менее ценными компонентами.

Как и бензин, дизельные топлива бывают нескольких марок. Стандартное топливо характеризуется цетановыми числами около 40—45, а топливо высшего качества (премиальное) имеет цетановые числа 45—50.1) Применение топлив с цетановым числом менее 40 приводит к жесткой работе дизеля и ухудшению пусковых свойств топлива. Повышение цетанового числа выше 50 также нецелесообразно, так как возрастает удельный расход топлива в результате уменьшения полноты сгорания. 2) Премиальное топливо более легкое, оно содержит больше легкокипящих фракций, и поэтому оно более пригодно для запуска двигателя на холоде. В легких фракциях отношение углерода к водороду обычно ниже, поэтому при сгорании такого топлива в жестких условиях образуется меньше дыма. В связи с этим премиальное топливо является предпочтительным вариантом для городских автобусов.3)

Помимо воспламеняемости к наиболее важным показателям качества топлив для быстроходных дизелей относятся также испаряемость, вязкость, коррозионная активность, низкотемпературные и экологические свойства.

Низкотемпературные свойства. В отличие от бензинов в состав дизельных топлив входят высокомолекулярные парафиновые углеводороды нормального строения, имеющие довольно высокие температуры плавления. При понижении температуры эти углеводороды выпадают из топлива в виде кристаллов различной формы, и топливо мутнеет. Возникает опасность забивки топливных фильтров кристаллами парафинов. Принято считать, что температура помутнения характеризует нижний температурный предел возможного применения дизельных топлив. При дальнейшем охлаждении помутневшего топлива кристаллы парафинов сращиваются между собой, образуют пространственную решетку, и топливо теряет текучесть. Температура застывания – величина условная и используется для ориентировочного определения возможных условий применения топлива. 4)

По техническим условиям в России дизельное топливо для автомобильных и тракторных двигателей разделяется на два сорта — летнее и зимнее, различающиеся между собой по температуре помутнения и температуре застывания. Для летнего топлива (марка «Л») температуры помутнения и застывания должны быть не выше 5 и -10°С соответственно, для зимнего сорта (марка «3») — не выше -35 и -45°С. Температура застывания арктического дизельного топлива (марка «А») не должна превышать -55°С. (см. ГОСТ 305-82 - http://www.nge.ru/g_305-82.htm)

Низкой температуры застывания достигают либо выбором нефтей и подбором фракций, из которых получается топливо, либо добавлением к последнему специальных (депрессорных) присадок.5) В качестве депрессоров промышленное применение получили сополимеры этилена с винилацетатом. Поскольку они практически не влияют на температуру помутнения топлив, большинство исследователей считает, что депрессор, адсорбируясь на поверхности образующихся кристаллов парафинов, препятствует их агрегации с формированием объемного каркаса. 6)

Испаряемость дизельных топлив. Характер процесса сгорания дизельных топлив определяется кроме их воспламеняемости и полнотой испарения. Она зависит от температуры и турбулентности движения воздуха в цилиндре, качества распыливания и испаряемости топлива. Испаряемость дизельных топлив оценивается их фракционным составом. Считается, что температура начала кипения дизельных топлив должна составить 180…200 °С, поскольку наличие бензиновых фракций ухудшает их воспламеняемость и тем самым пусковые свойства, а также повышает пожароопасность. Нормируемая температура выкипания 96% топлива в пределах 330…360 °С свидетельствует о присутствии в топливе высококипящих фракций, которые могут ухудшить смесеобразование и увеличить дымность отработавших газов.

Вязкость дизельных топлив. Топливо в системе питания дизельного двигателя выполняет одновременно и роль смазочного материала. При недостаточной вязкости топлива повышается износ насосов и форсунок, а также растет утечка топлива между компонентами насоса. Топливо слишком вязкое будет плохо прокачиваться по системе питания, недостаточно тонко распыляться и неполностью сгорать. Поэтому ограничивают как нижний, так и верхний допустимые пределы кинематической вязкости при 20°С (в пределах от 1,5 до 6,0 сСт.).

Коррозионная активность характеризует способность топлива вызывать коррозию деталей двигателя, топливной аппаратуры, топливопроводов, резервуаров и т. д. Она зависит, как и у бензинов, от содержания в топливе коррозионно-агрессивных кислородных и сероорганических соединений: нафтеновых кислот, серы, сероводорода и меркаптанов. Для борьбы с коррозионными износами деталей дизеля выпускают малосернистые топлива и добавляют к ним различные присадки (антикоррозионные, защитные, противоизносные и др.).

Экологические свойства. По сравнению с автобензинами, дизельные топлива характеризуются значительно меньшей пожароопасностью. Это достоинство является решающим при выборе типа двигателя для установки на том или ином виде техники. Например, из-за меньшей пожароопасности топлива дизели используют на судах речного и морского флота, комбайнах, подводных лодках, на танках, бронетранспортерах и т. д. Пожароопасность дизельных топлив оценивают по температуре вспышки в закрытом тигле. Для всех марок быстроходных дизельных топлив она нормируется не ниже 30…35 °С. Для топлив, предназначенных к применению на кораблях, температура вспышки должна быть не ниже 61 °С, а в особо опасных условиях, например в подводных лодках, – не ниже 90 °С. 7)

Компоненты топлива. В производстве дизельных топлив для быстроходных двигателей используются главным образом средние (200—350°С) фракции нефтей, для стационарных судовых (тихоходных) двигателей — тяжелые соляровые дистилляты, мазуты и отбензиненные нефти. 8) В принципе, все легкие газойли могут служить компонентами дизельного топлива, но некоторые из них более предпочтительны. Прямогонные легкие газойли обычно характеризуются высоким содержанием парафинов и цетановым числом в интервале 50—55. Легкие крекинг-газойли, как правило, содержат высокие концентрации олефинов, ароматических углеводородов и нафтенов, и поэтому их цетановые числа порядка 32—35. Цетановое число керосина около 55. Такой широкий набор компонентов позволяет легко приготовить смесь с заданным цетановым числом. 9)

Печное топливо

Благодаря многим физико-химическим характеристикам, углеводороды, входящие в состав газойлевых фракций, наиболее широко используются как нефтяное печное топливо. Во-первых, они обладают более высокой теплотворной способностью, чем более легкие углеводороды, например, содержащиеся в керосине, нафте или СУГ (сжиженном углеводородном газе). Во-вторых, их транспортировка дешевле, чем транспортировка природного газа или СУГ, так как для этого не требуется специального оборудования, пригодного для работы под давлением. В-третьих, эти продукты менее склонны к случайному воспламенению и менее взрывоопасны, чем нафта. В-четвертых, их легче сжечь, чем остаточные (котельные) топлива, так как их не надо подогревать перед подачей в камеру сгорания. Наконец, они являются более экологически чистыми, чем остаточные топлива, благодаря более простому химическому составу. По всем этим причинам печное топливо широко применяют для бытовых нужд и реже — как топливо в легкой и тяжелой промышленности. (Леффлер) Печное топливо в первую очередь предназначено для маломощных отопительных установок жилых помещений, а также для теплогенераторов средней мощности, применяемых в сельском хозяйстве для приготовления кормов, сушки зерна, фруктов, консервирования и т.д. 10)

В соответствии с ТУ 38.101656-2005 выпускается следующее топливо печное бытовое:
- малосернистое (с содержанием серы не более 0.5%);
- сернистое (с содержанием серы не более 1.1%).

Топливо печное бытовое подразделяют на 2 вида:
- топливо печное бытовое темное (см. ТУ 025192-002-39968249-2008);
- топливо печное бытовое светлое (см. ТУ 38.101656-2005).11)

Стандарты на печное топливо в основном определяются ограничениями, связанными с конструкцией бытовых отопительных приборов. С точки зрения безопасности их эксплуатации, важной характеристикой печного топлива является температура вспышки. Так как топливо транспортируют и хранят в емкостях без подогрева, то большое значение имеет температура потери текучести.

Температура вспышки. Минимальная температура, при которой пары топлива образуют горючие смеси с воздухом, называется температурой вспышки. Таким образом, температура вспышки оказывается одновременно мерой летучести и мерой воспламеняемости. Для печного топлива этот параметр нормируется таким образом, чтобы его пары не могли выйти из резервуара и поджечь что-нибудь не там, где нужно.

Температура потери текучести определяет способность нефтепродуктов течь при низких температурах. В процессе охлаждения нефтепродукта достигается температура, при которой некоторые компоненты застывают. При дальнейшем охлаждении продукт в конце концов полностью теряет текучесть. Температуру потери текучести принимают на 5°F выше точки, при которой продукт перестает течь. Температура потери текучести печного топлива обычно около -25°С (-10°F).

Смешивание печного топлива. Не случайное, но несомненно счастливое совпадение, что нефтепродукты, которые могут служить компонентами дизельного топлива, также удовлетворяют требованиям, предъявляемым к бытовым отопительным системам. Имеется множество возможностей по использованию разных легких крекинг-газойлей для получения печных топлив. Этих возможностей даже больше, чем для дизельного топлива, так как здесь нет ограничений по цетановому числу. Тем не менее, в большинстве случаев смешивают, отгружают, хранят и продают один и тот же нефтепродукт, который подходит как для отопления, так и для сгорания в двигателе.

Зная цетановое число легкого прямогонного газойля, легкого крекинг-газойля, керосина и дополнительных дистиллятных компонентов, нетрудно рассчитать состав смеси, которая будет удовлетворять нормам по цетановому числу. Чтобы достичь требуемой температуры потери текучести, обычно добавляют керосин, но часто это экономически невыгодно (реактивное топливо дороже дистиллятного). Если керосина слишком много, температура вспышки может оказаться слишком низкой. Использование фракций более легких, чем керосин, обязательно приведет к проблемам с температурой вспышки. Компании, производящие специальные химические продукты, с удовольствием продают присадки, меняющие температуру потери текучести. 12)

Отличие дизельного топлива от бензина

Словарь

воспламеняемость flammability
дизельное топливо diesel fuel
дистиллятное топливо distillate fuel oil
испаряемость evaporative capacity
коррозионная активность corrosive activity
печное топливо furnace oil
температура вспышки в закрытом тигле closed-cup flash point
температура выкипания end point
температура начала кипения initial boiling point
температура потери текучести pour point
фракционный состав fractional composition
цетановое число cetane number

Назад в блог

1) , 3) , 5) , 9) , 12) Леффлер Уильям Л. Переработка нефти. — 2-е изд., пересмотренное / Пер. с англ. — М.: ЗАО «Олимп-Бизнес», 2004. — 224 с: ил. — (Серия «Для профессионалов и неспециалистов»).
2) , 4) , 6) , 7) Ахметов С. А. и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие / С. А. Ахметов, Т. П. Сериков, И. Р. Кузеев, М. И. Баязитов; Под ред. С. А. Ахметова. — CПб.: Недра, 2006. — 868 с.; ил.
8) Гуревич И. Л. Технология нефти (Ч. 1). Общие свойства и первичная перегонка нефти: Учебник для вузов. 3-е изд. М.: Химия, 1972. 359 с.
Только авторизованные участники могут оставлять комментарии.
courses/refining/дистиллятные_топлива.txt · Последние изменения: 26.05.2016 07:21 — maria

Инструменты страницы