Какие свойства определяют марку дизельного топлива
Ди́зельное то́пливо — жидкий продукт, использующийся как топливо в дизельном двигателе внутреннего сгорания. Обычно под этим термином понимают топливо, получающееся из керосиново-газойлевых фракций прямой перегонки нефти.
Название «солярка» происходит из нем. Solaröl[1] — «солнечное масло» — так ещё в 1857 году называли более тяжёлую фракцию, образующуюся при перегонке нефти. Фракция названа так в связи с желтоватым цветом. Советская нефтеперерабатывающая промышленность выпускала продукт «Соляровое масло ГОСТ 1666-42 и ГОСТ 1666-51».
Применение[править | править код]
Основные потребители дизельного топлива — железнодорожный транспорт (тепловозы, автомотрисы, дизель-поезда), грузовой автотранспорт, водный транспорт, военная техника, дизельные электрогенераторы, сельскохозяйственная техника, а также легковой дизельный автотранспорт. Кроме дизельных двигателей, остаточное дизельное топливо (соляровое масло) зачастую используется в качестве котельного топлива, для пропитывания кож, в смазочно-охлаждающих средствах и закалочных жидкостях, при механической и термической обработке металлов.
Основные характеристики топлива[править | править код]
Различают дистиллятное маловязкое — для быстроходных, и высоковязкое, остаточное, для тихоходных (тракторных, судовых, стационарных и др.) двигателей. Дистиллятное состоит из гидроочищенных керосино-газойлевых фракций прямой перегонки и до 1/5 из газойлей каткрекинга и коксования. Вязкое топливо для тихоходных двигателей является смесью мазутов с керосиново-газойлевыми фракциями. Теплота сгорания дизельного топлива в среднем составляет 42624 кДж/кг (10180 ккал/кг).
В общем случае дизельное топливо, применяемое для дизельных двигателей, должно соответствовать требованиям, изложенным в межгосударственном стандарте ГОСТ 32511-2013[≡] (EN 590:2009) и обязательного к применению с 1 января 2015 г.
Дизельное топливо, применяемое для быстроходных дизельных и газотурбинных двигателей наземной и судовой техники, а также предназначенное для экспорта, должно соответствовать требованиям, изложенным в межгосударственном стандарте ГОСТ 305-2013 «Топливо дизельное. Технические условия»[≡] (введённого взамен ГОСТ 305-82[≡]) и обязательного к применению с 1 января 2015 г.
Дизельное топливо с содержанием серы 2000 мг/кг по ГОСТ 305—2013 «Топливо дизельное. Технические условия» с даты введения 01.01.2015 г. не допускается к реализации через автозаправочные станции общего пользования (раздел.1 «Область применения»).
Отбор пробы дизельного топлива для оценки его качества производится в соответствии со стандартом ГОСТ 2517-2012 «Нефть и нефтепродукты»[≡].
Вязкость и содержание воды[править | править код]
Различают так называемое зимнее и летнее дизельное топливо. Основное различие в температуре предельной фильтруемости (ASTM D6371, ГОСТ 22254-92) и температурах помутнения и застывания (ASTM D97, ASTM D2500, ГОСТ 20287-91), указанной в стандартах на это топливо. Производство зимнего топлива обходится дороже, но без предварительного подогрева невозможно использовать летнее топливо, например, при −10 °C. Ещё одной проблемой является повышенное содержание воды в дизельном топливе. Вода отслаивается при хранении дизтоплива и собирается внизу, так как плотность дизтоплива меньше 1 кг/л. Водяная пробка в магистрали полностью блокирует работу двигателя. Требования межгосударственного стандарта ГОСТ 305—2013 «Топливо дизельное. Технические условия» регламентируют кинематическую вязкость при 20 °C для летних сортов в пределах 3,0÷6,0 сСт, для зимних сортов 1,8÷5,0 сСт, для арктических 1,5÷4,0 сСт. Этот стандарт требует также отсутствия воды во всех марках топлива.
Воспламеняемость[править | править код]
Основной показатель дизельного топлива — это цетановое число (Л-45). Цетановое число характеризует способность топлива к воспламенению в камере сгорания и равно объёмному содержанию цетана в смеси с α-метилнафталином, которое в стандартных условиях ASTM D613 имеет одинаковую воспламеняемость по сравнению с исследованным топливом. Температура вспышки, определённая по ASTM D93, для дизельного топлива должна быть не ниже 55 °C по ГОСТ 32511-2013[2]. Температура перегонки, определённая по ASTM D86, для дизельного топлива не должна быть ниже 200 и выше 350 °C.
Содержание серы[править | править код]
В последнее время в рамках борьбы за экологию жёстко нормировано содержание серы в дизельном топливе. Под серой здесь понимается содержание сернистых соединений — меркаптанов (R-SH), сульфидов (R-S-R), дисульфидов (R-S-S-R), тиофенов, тиофанов и др., а не элементарная сера как таковая; R — углеводородный радикал. Содержание серы в нефти находится в пределах от 0,15 % (лёгкие нефти Сибири), 1,5 % (нефть Urals) до 5—7 % (тяжёлые битуминозные нефти); допустимое содержание в некоторых остаточных топливах — до 3 %, в судовом топливе — до 1 %, а по последним нормативам Европы и штата Калифорния допустимое содержание серы в дизельном топливе — не более 0,001 % (10 ppm). Понижение содержания серы в ДТ, как правило, приводит к уменьшению его смазывающих свойств, поэтому для ДТ с ультранизким содержанием серы обязательным условием является наличие смазывающих присадок.
Порядковый номер согласно принятой ООН системе: 1202, класс — 3.
Физические свойства[править | править код]
Эта статья или раздел описывает ситуацию применительно лишь к одному региону (СССР/Россия), возможно, нарушая при этом правило о взвешенности изложения. Вы можете помочь Википедии, добавив информацию для других стран и регионов. |
В России регламентируются ГОСТ 305-82*:
Летнее дизельное топливо:
Плотность: не более 860 кг/м³.
Температура вспышки: 62 °C.
Температура застывания: −5 °C.
Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180—360 °C. Рост температуры конца выкипания приводит к усиленному закоксовыванию форсунок и дымности.
Зимнее дизельное топливо:
Плотность: не более 840 кг/м³.
Температура вспышки: 40 °C.
Температура застывания: −35 °C.
Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180—340 °C. Также зимнее дизельное топливо получается из летнего дизельного топлива добавлением депрессорной присадки, которая снижает температуру застывания топлива, однако слабо меняет температуру предельной фильтруемости. Кустарным способом в летнее дизельное топливо добавляют до 20 % керосина ТС-1 или КО, при этом эксплуатационные свойства практически не меняются. Более трудоёмкий метод — вымораживание летнего топлива при отрицательной температуре. При этом жидкая фракция используется как зимнее топливо, а выпавший осадок используется в летний (тёплый) период.
Арктическое дизельное топливо:
Плотность: не более 830 кг/м³.
Температура вспышки: 35 °C.
Температура застывания: −55 °C[3].
Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180—320 °C. Пределы кипения арктического топлива примерно соответствуют пределам выкипания керосиновых фракций, поэтому данное топливо — по сути утяжелённый керосин. Однако чистый керосин имеет низкое цетановое число 35-40 и недостаточные смазывающие свойства (сильный износ ТНВД). Для устранения данных проблем в арктическое топливо добавляют цетаноповышающие присадки и минеральное моторное масло для улучшения смазывающих свойств. Более дорогой способ получения арктического дизельного топлива — депарафинизация летнего дизельного топлива.
Различия дизельного топлива и солярки[править | править код]
Дизельное горючее топливо является смесью парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов, а также их производных, которые имеют усреднённый показатель молекулярной массы на отметке 120—230 а. е. м. Составляющие склонны к выкипанию при нагреве до температуры 170—380 °C. Затем дизтопливо проходит процесс очистки, после чего в него добавляются определённые присадки. Конечный продукт получает показатель вязкости на отметке около 2—4,5 мм²/с.
Солярка представляет собой соляровое масло, выступая продуктом прямой перегонки нефти.
Солярку можно использовать в качестве топлива только применительно к отдельным типам дизельных двигателей. Такое топливо имеет показатель вязкости на отметке 5—9 мм²/с. Температура кипения составляет около 240—400 °C. Горючее подобного типа подходит для применения в низкооборотистых тихоходных дизельных моторах, которые ставятся на дизельные тепловозы, суда и трактора. Дизельное топливо отличается большим количеством углеводородов, имеет более низкую температуру кипения и значительно меньшую вязкость. Солярка более вязкая, температура выкипания данного продукта также оказывается выше. Наличие серы в солярке обязательно при использовании дизелей с механическими плунжерными насосами. Бессерная солярка увеличивает износ плунжерной пары. Продаваемую на заправках бессерную солярку (для CDI, TDI) можно использовать в «тракторных дизелях» добавляя в топливо моторное масло в количестве 1—5 %. Бессерная солярка используется только для CDI, TDI с электронным впрыском.
Альтернативы традиционному дизельному топливу[править | править код]
Биодизель[править | править код]
Биодизель — смесь метиловых эфиров жирных кислот, сходная по физическим и химическим свойствам с дизельной фракцией из нефти.
Биодизель имеет цетановое число не менее 51 (по сравнению с обычным дизельным топливом 42—45), температуру вспышки более 150 °C, имеет хорошие смазочные характеристики.
Главный недостаток — ограниченный срок хранения после изготовления — не более 3 месяцев вследствие бактериального разложения. В то же время данное свойство является одним из главных преимуществ — в случае утечек биодизельного топлива оно подвергается полному биологическому распаду без ущерба окружающей среде.
Получается реакцией переэтерификации жирных кислот, содержащихся в растительных маслах (рапсовое, соевое, пальмовое) и метилового спирта в соотношении 10:1, в присутствии в качестве катализатора — метилата натрия.
Реакция происходит в процессе смешения масла и спирта в ёмкости с мешалкой при нормальной температуре 20—25 °C. Побочным продуктом является глицерин, отделяемый далее в отмывочной колонне водой.
Эмульгированное дизельное топливо[править | править код]
Альтернативой обычному дизельному топливу является добавление в обычное дизельное топливо 20 % воды и 1 % эмульгатора. Смесь можно использовать в обычных дизелях без их переделки. Цвет смеси — мутно-белый. Срок хранения после приготовления — около трёх месяцев. Технология применяется в Германии. Возможность добавления воды и эмульгатора в биодизель не изучена.
Эмульгаторы — вещества, обеспечивающие создание эмульсий из несмешивающихся жидкостей.
Действие эмульгаторов основано на способности поверхностно-активных веществ (ПАВ) снижать энергию, необходимую для создания свободной поверхности раздела фаз.
Концентрируясь на поверхности раздела смешивающихся фаз, ПАВ снижают межфазное поверхностное натяжение и обеспечивают длительную стабильность композиции.
В зависимости от природы ПАВ они ускоряют образование и стабилизирует тип эмульсии, в дисперсионной среде которой они лучше растворимы.
Но добавление воды в дизельное топливо катастрофично. Для форсунок с высоким давлением (как у CDI) вода и сера является агрессивным элементом. При высоком давлении и воде в составе топлива образуется серная кислота, которая губит прецизионные каналы. Кроме того, при попадании картерных газов в масло сера сокращает срок его службы. Поэтому в инструкциях импортных автомобилей производители пишут, что срок замены масла в странах бывшего СССР (где ещё продаётся соляр с серой в 0,2 %) сокращается вдвое. Кроме того, кислоты сокращают срок службы катализаторов и сажевых фильтров.
Производство, экспорт и внутреннее потребление в России[править | править код]
По данным Минэнерго России, производство дизельного топлива в России в 2013 году составило 72,6 млн тонн (+4,6 % к 2012 году)[4].
| Производство | 2011 | 2012 | 2013 |
|---|---|---|---|
| млн тонн | 70,9[4] | 69,4[4] | 72,6[4] |
Дизельное топливо занимает третье место после нефти и газа в структуре экспорта России (в денежном выражении).
| Экспорт | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| млн тонн | 33,8 | 36,1 | 35,7 | н/д | н/д | н/д | 39,6[4] | 41,4[4] | 43,0[4] |
| млрд долл | 16,2 | 20,2 | 21,4 | н/д | н/д | н/д | н/д | н/д | н/д |
См. также[править | править код]
- Судовое маловязкое топливо
- Автомобильная заправочная станция
- Цены на нефть
Примечания[править | править код]
Литература[править | править код]
- Товарные нефтепродукты, их свойства и применение. Справочник, под ред. Н. Г. Пучкова, М., 1971;
- Нефтепродукты. Справочник, под ред. Б. В. Лосикова, М., 1966.
Ссылки[править | править код]
- ГОСТ Р 52368-2005 «Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия». Дата обращения 31 мая 2013.
- Технический регламент «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту». Дата обращения 31 мая 2013.
Один из основных показателей качества дизельного топлива — воспламеняемость, которая характеризует способность топлива воспламеняться без источника зажигания и оценивается цетановым числом. Цетановое число определяется на лабораторной установке с одноцилиндровым двигателем сравнением температуры самовоспламенения испытуемого образца топлива с эталонным. В качестве эталонного топлива применяетсясмесь, состоящая из двух углеводородов: цетана, или гексадекана (С16Н34), самовоспламеняемость которого принята за100, и а-метилнафталина (С11Н10)—с нулевой самовоспламеняемостыо. Цетановым числом называется условная единица, численно равная проценту (по объему) цетана в смеси, состоящей из цетана и а-метилнафталина, и равнозначная по самовоспламеняемости данному топливу.
Рис. 9.1 Зависимость температуры самовоспламенения дизельного топлива от цетанового числа.
Например, если испытуемое топливо ведет себя так же, как смесь, состоящая из 45% цетана и 55% а-метилнафталина, то цетановое число данного дизельного топлива равно 45. Температура самовоспламенения дизельного топлива снижается с увеличением цетанового числа (рис.9.1). Цетановое число влияет на легкость и надежность запуска двигателя, давление сгорания, удельный расход топлива и другие показатели. Использование топлива с более высоким цетановым числом приводит к неполному сгоранию, увеличению дымности выхлопа и снижению мощности двигателя.
От фракционного состава дизельного топлива зависит качество образования топливно-воздушной смеси и полнота ее сгорания, дымность выхлопа и другие показатели работы двигателя, а также температура вспышки горючей смеси при поднесении огня. При определении температуры вспышки топливо нагревают в закрытом тигле и периодически подносят к его поверхности запальную лампочку. Температура вспышки характеризует огнеопасность топлива для применения, транспортирования и хранения.
Вязкость является важным эксплуатационным свойством и определяет подвижность дизельного топлива (т. е. сопротивление, которое оказывают частицы жидкости друг другу при перемещении под действием силы), степень его распыления и однородность горючей смеси. При пониженной вязкости происходит чрезмерное распыление топлива, его подтекание через зазоры, снижается давление впрыска, ухудшаются его смазывающие свойства, и наоборот, при повышенной вязкости увеличивается сопротивление при движении топлива по трубопроводам, ухудшаются процессы распыления и смесеобразования, топливо сгорает неполностью, повышается его расход. Дизельное топливо обычно характеризуется кинематической вязкостью, которая представляет собой удельный коэффициент внутреннего трения жидкости. Вязкость дизельного топлива зависит от температуры (рис. 9.2) и повышается при ее снижении: в топливах для быстроходных дизелей она определяется при 20°С, а для тихоходных — при 50°С. Кинематическую вязкость устанавливают по времени истечения заданного количества топлива через капилляр вискозиметра при температуре 20°С. Вязкость дизельного топлива для быстроходных двигателей 1,8—8,0 мм2/с, а для тихоходных — до 36 мм2/с. В холодное время года необходимо применять зимние сорта дизельного топлива, имеющие меньшие показатели вязкости, которые при понижении температуры несколько повышаются.
Рис. 9.2 Зависимость вязкости дизельного топлива от температуры:I — летней; 2 — зимней;3— арктической.
На работу двигателя при низкой температуре влияют также температура помутнения, начала кристаллизации и застывания топлива.
Температурой помутнения называется такая температура, при которой топливо теряет свою фазовую однородность и становится мутным. При этом изменяется его внешний вид вследствие образования твердых углеводородов. Дальнейшее охлаждение топлива приводит к повышению содержания твердой фазы, появлению кристаллов. Температура образования первых кристаллов называется температурой начала кристаллизации.
Температура полной потери подвижности топлива является температурой застывания. Температура помутнения, начала кристаллизации и застывания зависят от фракционного состава дизельного топлива. Например, парафиновые углеводороды имеют низкую температуру застывания и применяются для выработки летних сортов топлива, а нафтеновые, с высокой температурой застывания,— для получения зимних сортов топлива. Для нормальной работы двигателя необходимо, чтобы температура помутнения была на 3—5°С ниже минимальной температуры окружающей среды, а температура застывания — на 10—12 °С ниже.
Содержание серы в дизельном топливе всегда выше, чем в бензине, так как основная часть сернистых соединений перегоняется из нефти с углеводородами, выкипающими при температуре более 200°С. Сера и сернистые соединения вызывают коррозию деталей двигателей, особенно быстроходных. Поэтому быстроходные дизели должны эксплуатироваться на малосернистом топливе. Кроме того, при работе двигателя на сернистом топливе повышаются износ (рис.9.3 и нагарообразование, снижается его мощность и ускоряются процессы окисления масла. Чтобы снизить влияние содержания серы необходимо удалять ее из топлива при очистке. Эффективным способом борьбы с сернистой коррозией является использование антикоррозионных присадок, добавляемых к дизельному топливу (например, нафтената цинка), а также правильный подбор для двигателя моторного масла, содержащего определенные композиции присадок. Наличие активных сернистых соединений определяется пробой на медную пластинку.
Коррозионная активность дизельного топлива зависит также от содержания водно-растворимых кислот и щелочей, кислородных соединений, смол, механических примесей и воды. Наличие в топливе минеральных кислот или веществ, вызывающих кислотную реакцию, а также наличие механических примесей и воды недопустимо. Механические примеси вызывают износ деталей топливоподающей аппаратуры; их содержание определяют фильтрацией средней пробы топлива через бумажный фильтр. Содержание воды в дизельном топливе может быть выше, чем в бензине, так как оно более гигроскопично. Вода образует с топливом эмульсии, которые вызывают коррозию топливоподающей аппараттуры двигателя.
Рис.9 3 Влияние содержания серы в топливе на износ двигателя.
Отхимического состава используемого топлива зависит интенсивность образования смолистых веществ и .нагара, что ухудшает качество распыла топлива, вызы^вает перегрев двигателя и снижение его мощности.
Для улучшения свойств дизельного топлива к нему, добавляют присадки, повышающие цетановое число, ингибиторы коррозии, дезактиваторы металлов и т. д. Так, добавление 1% изопропилнитрата повышает цетановое число дизельного топлива на 10—12 единиц, улучшает его пусковые характеристики.
В зависимости от условий применения промышленность выпускает дизельное топливо трех марок: Л (летнее)— для эксплуатации при температуре окружающего воздуха 0°С и выше; 3 (зимнее) — для эксплуатации при температуре окружающего воздуха — 20°С и выше; А (арктическое)—для эксплуатации при температуре окружающего воздуха —50°С и выше. Норма цетанового числа для всех трех марок дизельного топлива установлена не менее 45. По содержанию серы дизельные топлива делятся на два вида: I—не более 0,2% и II— не более 0,5% (для марки А — не более 0,4%). В маркировку топлива Л входят содержание серы и температура вспышки; топлива 3 — содержание серы и температура застывания, топлива А — содержание серы.
5. Мазут. Основные свойства, марки и применение
Мазут широко применяется в качестве котельного топлива и является ценным сырьем для химической промышленности. Как высокомолекулярная фракция нефти мазут представляет собой темную и густую жидкость.
Основным показателем качества мазута при его маркировке является вязкость, определяющая условия заполнения и слива баков, цистерн, танкеров и других емкостей, транспортирования мазута по трубопроводам, подачи его в топочное пространство печей и т. д. Вязкость мазута оценивается в единицах условной вязкости (°ВУ) и определяется отношением времени непрерывного истечения 200 мл мазута при заданной температуре к времени истечения такого же объема дистиллированной воды при температуре 20 °С .Испытания проводятся в вискозиметре ВУ со стандартным временем (51 ±1 с) истечения дистиллированной воды через капилляр. Вязкость мазута зависит от температуры, плотности и смолистости. При низких температурах вязкость мазута значительно возрастает, поэтому слив его из емкостей и перекачка по трубопроводам могут проводиться только после предварительного подогрева топлива.
Температура застывания мазута зависит от химического состава сырья и способов получения нефтепродукта. Прямогонные мазуты из парафиновой нефти имеют температуру застывания более 25 °С, а крекинг-мазуты — от 25 до 34°С.
При расчетах объемов емкостей для хранения и транспортирования топлива, определении условий отстаивания воды и осаждения механических примесей из мазута пользуются показателем плотности мазута. Чем меньше плотность мазута, тем легче и быстрее отделяются от него вода и механические примеси. Плотность мазута колеблется в пределах 0,94—1,02 г/см3 и повышается с увеличением вязкости.
Температура вспышки характеризует пожарную безопасность топлива и условия обращения с ним в процессе транспортирования, хранения и использования. Максимальная температура разогрева топлива должна быть не менее чем на 10°С ниже температуры вспышки. Температура вспышки товарных мазутов, определяемая известными методами в закрытых и открытых тиглях при 80—90°С.
Зольность мазута зависит от качества подготовки и переработки сырья и определяется содержанием солей, неорганических примесей, используемых присадок, а также продуктов коррозии нефтяной аппаратуры.
В настоящее время в результате совершенствования процессов подготовки и переработки нефти в промышленности содержание золы в товарных мазутах значительно сократилось.
Содержание серы в котельном топливе зависит от химического состава исходной нефти и составляет: для высокосернистых мазутов — до 3,5%, для сернистых — до 2,0% и для малосернистых — до 0,6%. Сжигание сернистой нефти приводит к образованию кислотныхоксидов, вызывающих повышенную коррозию деталей котлов и аппаратов, загрязняет окружающую среду. Особую коррозионную активность имеют сероводород и элементарная сера. Поэтому малосернистые мазуты применяются в первую очередь в технологических нагревательных установках: мартеновские печи, нагреватели литейных, прокатных и других предприятий металлургической промышленности.
Вода и механические примеси попадают в мазут из нефти в процессе производства и товаротранспортных операций и являются балластом при транспортировании. При сжигании обводненных мазутов снижается коэффициент полезного действия котлов и создаются условия для коррозии аппаратуры, а неорганическая часть механических примесей в процессе сжигания не сгорает и повышает зольность мазута. Содержание воды и механических примесей в мазуте должно быть минимальным. Для снижения влияния вредных примесей и улуч- -шения противопригарных и антикоррозионных свойств к мазутам добавляют присадки.
Нефтеперерабатывающей промышленностью вырабатывается несколько марок мазутов, используемых в качестве топлива: флотские Ф-5 и Ф-12, топочные 40 и 100. Цифры входящие в марки (5, 12, 40 и 100), указывают на максимальную вязкость пои температуре 50°С в единицах условной вязкости. Мазуты Ф-5 и Ф-12 (легкое топливо) применяются в судовых котельных установках, а марок 40 (среднее топливо) и 100 (тяжелое топливо)— как массовое топливо во всех котельных и нагревательных установках общего назначения. Мазуты марок 40 и 100 по содержанию серы подразделяются на: малосернистые, сернистые и высокосернистые.
Топливо для мартеновских печей поставляется марок: МП — малосернистое и МПС — сернистое. Газотурбинное топливо вырабатывается двух марок: ТГ — обычное и ТГВК — высшей категории качества, а топливо печное бытовое выпускается марки ТПБ.