Дизельное топливо. Характеристики, физические свойства. Особенности современных видов дизельного топлива

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Государственное образовательное учреждение среднего

профессионального образования

Кемеровский профессионально-технический техникум

Обучающая статья

Дизельное топливо.

Характеристики, физические свойства.

Особенности современных видов дизельного топлива.

выполнил Кожанов Сергей Евгеньевич

преподаватель технических дисциплин

Кемерово 2014 г.

ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО

Дизельное топливо (устар. соляр, разг. солярка, соляра) - жидкий продукт, использующийся как топливо в дизельном двигателе внутреннего сгорания, а также в газодизелях. Этот вид топлива получается из керосиново-газойлевых фракций прямой перегонки нефти. Дизельное топливо - это смесь алканов, циклоалканов и ароматических углеводородов и их производных. Средняя молекулярная масса составляет 110-230, температура кипения - 170-380 °C.

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).

Дизельное топливо используется в двигателях внутреннего сгорания. Главный потребитель дизтоплива – железнодорожный, автомобильный (грузовой и легковой), водный и сельскохозяйственный транспорт. Помимо этого, дизельное топливо используется для передвижных и стационарных электростанций, в котлах отопительных систем.

Остаточное дизтопливо (соляровое масло) находит применение в кожевенной промышленности, в смазочно-охлаждающих средствах при механической обработки металлов и как средство для закалки изделий при термообработке металла.

В Европе, особенно в Германии, Австрии, Бельгии и Франции очень популярны автомобили, работающие на дизельном топливе. Так, каждый второй европейский автомобиль оснащен дизельным двигателем.

Основные преимущества использования солярки в качестве топлива для автомобилей – низкий расход топлива (до 40% меньше, чем бензиновые двигатели), более низкая цена самого топлива, большее тягловое усилие и более плавная кривая тяги (транспортное средство становится более мощным, а на плохих дорогах - более проходимым), а также большая безопасность выхлопных газов.

Основные характеристики дизельного топлива, влияющие на его качество

Вязкость и содержание воды.

Различают так называемое зимнее и летнее дизельное топливо. Производство зимнего топлива обходится дороже, но без предварительного подогрева невозможно использовать летнее топливо при −10 °C, например. 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 305-82 «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 от сжатия.

Цетановое число - основной показатель дизельного топлива. Оно определяет высокие мощностные и экономические характеристики работы двигателя.

Цетановое число характеризует способность топлива к воспламенению в камере сгорания и равно объёмному содержанию цетана в смеси с α-метилнафталином, которое в стандартных условиях имеет одинаковую воспламеняемость по сравнению с исследованным топливом. Температура вспышки для дизельного топлива должна быть не выше 70 °C. Температура перегонки для дизельного топлива не должна быть ниже 200 и выше 350 °C. Чем выше цетановое число, тем меньше задержка и тем более спокойно и плавно горит топливная смесь.

Цетановое число дизтоплива зависит от его химического состава. Для российского дизельного топлива эта величина составляет обычно 45. Запуск и плавная работа дизельного двигателя в летний период осуществимы на топливе с цетановым числом 40-45 единиц, а в зимний период - с цетановым числом 50-65 единиц.

Содержание серы.

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% (легкие нефти Сибири), 1,5% (нефть Urals) до 5—7% (тяжёлые битуминозные нефти); допустимое содержание в некоторых остаточных топливах — до 3%, 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 присадок.

Характеристики дизельного топлива (ГОСТ 305–82)

Характеристики дизельного экспортного топлива (ТУ 38.401-58-110–94)

Физические свойства

Летнее дизельное топливо: Плотность: не более 860 кг/м³. Температура вспышки: 62 °C. Летнее дизельное топливо мутнеет при температуре -5 °C, и застывает при -10 °C . Использование в холодное время года не допускается.

Летнее дизельное топливо получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180—360 градусов Цельсия. Рост температуры конца выкипания приводит к усиленному закоксовыванию форсунок и дымности. Предельно допустимая концентрация паров топлива в воздухе рабочей зоны составляет 300 мг/м3.

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. Так же зимнее дизельное топливо получается из летнего дизельного топлива добавление 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.

Арктическое дизельное топливо: Плотность: не более 830 кг/м³. Температура вспышки: 35 °C. Температура застывания: −50 °C.

ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННЫХ ВИДОВ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА

Дизельное топливо - один из наиболее востребованных нефтепродуктов. Дизельное топливо дешевле бензина, средний расход горючего в дизельных двигателях на 25-30% ниже, чем в карбюраторных. Высокие показатели надежности и экономичности дизельных двигателей оправдывают их широкое применение, а это приводит к тому, что потребности мирового рынка в дизельном топливе исчисляются миллионами тонн в год. Такие объемы не только стимулируют увеличение объемов добычи первичного сырья для ДТ - нефти, но и ускоряют развитие технологической базы процесса её переработки. Производство дизельного топлива - крупный сектор нефтегазовой отрасли, характеризующийся высокой прибыльностью инвестиций и постоянно возрастающей потребностью в применении современных наукоемких технологий.

Ведутся многочисленные исследования по улучшению характеристик дизельного топлива и уменьшению его стоимости. В настоящее время существует масса разнообразных добавок, изменяющих его свойства. При обработке топлива различными присадками может быть существенно снижена температура застывания, повышено цетановое число, улучшен коэффициент сгорания и понижена задымленность выхлопных газов. Летнее топливо с минимальным порогом -5°С в среднем дешевле зимнего на 15-18%. Присадки сами по себе достаточно дорогие, но они обеспечивают понижение допустимой температуры для ДТЛ на 10-15°С. И в результате, общая цена смеси в пропорциях 1:1000 может быть выше цены чистого ДТЛ всего на 50-60 копеек за литр, что очень выгодно экономически. Существуют также противоизносные присадки, повышающие смазывающие характеристики ДТ. Стоит отметить, что, несмотря на огромный научный потенциал нашей страны в области топливной энергетики, большинство присадок на внутреннем рынке - зарубежного производства, и некоторые из них могут иметь побочные действия, плохо совмещаются с моторными маслами и присадками другого типа.

В последнее время специалисты прогнозируют значительное увеличение объемов производства в нашей стране ДТ и присадок, не уступающих по качеству импортным образцам. Связано это в первую очередь с тем, что в России постепенно вводятся нормы, соответствующие требованиям Евро 2, Евро 3, Евро 4 и Евро 5. Это означает, что минимальное цетановое число в дизельном топливе возрастет до 51%, ужесточатся требования к содержанию в топливе серы. В России, как и в большинстве развивающихся стран, содержание серы ограничивают 0.2% для летнего и 0.5% для зимнего топлива, а в Евросоюзе максимально допустимая норма - 0.001%. Улучшение таких характеристик в значительной степени снизит расход топлива и приведёт к уменьшению количества токсичных соединений в выхлопных газах. С другой стороны, ужесточение стандартов неминуемо усложнит процесс получения топлива и повысит стоимость. Повышения цен можно избежать только путем внедрения новых, прорывных технологий.

Поиск альтернативного сырья для ДТ ведется во многих странах. Сейчас для получения летнего дизельного топлива используют, помимо нефти и природного газа, печное топливо, которое по своему фракционному составу тяжелее и плотнее дизельного, ДТ с истекшим сроком годности, зараженное микроорганизмами или имеющее признаки расслоения, отработанное машинное масло и другие продукты нефтепереработки. Для производства зимнего топлива сырьем могут быть нестабильные газовые конденсаты - жидкие смеси высококипящих углеводородов, выделяемые из природных газов. Зимнее дизельное топливо можно получать путем переработки летнего. В этом случае летнее топливо подвергают вторичной перегонке при температурах до 340°С, понижая вязкость и улучшая морозоустойчивость. Стоимость дизеля, полученного из альтернативного сырья, практически равна стоимости обычного топлива. Более того, переработка уже готовых продуктов проще технологически, что позволяет широко использовать этот метод.

Биодизель - технологический прорыв. Последние разработки - технологии получения дизельного топлива из растительных масел (соевого, пальмового, рапсового, подсолнечного). В Европе подобная технология была запатентована уже в 2001 году, имеются примеры ее промышленного использования. Стоимость топлива, полученного таким способом, в разы ниже. Оно также имеет массу других положительных отличий. Одним из них является высокая смазывающая способность, что продлевает срок службы двигателя. Топливо на основе природных компонентов чистое, в почве или воде оно подвергается полному биологическому распаду за 1 месяц и не наносит при этом вреда окружающей среде. Биодизель обладает изначально высоким цетановым числом - 56-58%, а его температура воспламенения - 100°С, что снижает его взрыво- и пожароопасность по сравнению с нефтепродуктами и во многом облегчает его транспортировку. Как и обычное дизельное топливо, биодизель производят для разных температурных режимов. В Германии например, существуют три марки - "летняя" (от 0°С и выше), "осень-весна" (до -10°С) и "зимняя" (до -20°С). При производстве зимних и осенних сортов часто применяют присадки, созданные специально для биодизеля. 
Массовому применению биодизеля в качестве самостоятельного топлива для дизельных моторов мешает пока только возникающая для некоторых моделей необходимость внесения изменений в их конструкцию. Тем не менее, Евросоюз планирует к 2010 году увеличить долю ДТ, полученного из растительных компонентов, до 5,75%, всячески стимулирует внедрение технологий получения биодизеля, создает законодательную и экономическую базу для дальнейшего развития экологически чистых видов топлива. Безусловно, биодизель - оптимальный заменитель существующим видам топлива на основе нефти и газа. Что касается традиционного синтетического ДТ, то, по наиболее смелым прогнозам специалистов, к середине текущего века его доля не будет превышать 40-45% от всего мирового объема производства.

Эмульгированное дизельное топлив о.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 способностиповерхностно-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 продается соляр с серой в 0,2 %) сокращается вдвое. Кроме того, кислоты сокращают срок службы катализаторов и сажевых фильтров

Дизельное топливо из деревьев. Дерево Copaifera langsdorffii, растущая во влажных экваториальных лесах Бразилии, содержит смолу, которую можно сразу использовать в качестве дизельного топлива. Ежегодно одно дерево производит 50 л топлива. Выращивание этих деревьев с целью получения топлива экономически нецелесообразно, однако отдельные фермеры могут покрывать свои потребности в энергии от посадки таких растений.

Топливо из микроорганизмов. Американские ученые смогли получить генетически модифицированные микроорганизмы, которые могут производить дизельное топливо. Эти организмы относятся к классу цианобактерий. Для процесса синтеза дизтоплива этим цианобактерииям требуеются лишь углекислый газ, вода и солнечная энергия.

Список используемой литературы

Кириченко, Н.Б. Автомобильные эксплуатационные материалы: учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования / Н.Б. Кириченко. - 8-е изд., стер.– М.: Издательский центр "Академия", 2012. – 208с

Ананьев, С.И. Эксплуатационные материалы для автомобилей и тракторов: учебное пособие. - Ростов на Дону: Феникс, 2006. – 384 с.

Сафаров, К.У. Топливо и смазочные материалы: Учебно-методический комплекс. – Ульяновск: ФГОУ ВПО Ульяновская ГСХА, 2007. – 196 с.

Список интернет источников

Википедия. - свободная энциклопедия [Электронный ресурс].- http://wikipedia.org . - (дата обращения: 06.12.2014).

Большая энциклопедия нефти и газа - свободная энциклопедия [Электронный ресурс].- http://www.ngpedia.ru. – (Дата обращения: 06.12.2014).

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/84631-dizelnoe-toplivo-harakteristiki-fizicheskie-s