Дизельное топливо и его свойства

В 1892 немецкий изобретатель Рудольф Кристиан Карл Дизель изобрел двигатель внутреннего сгорания. Особенностью этого двигателя был высокий КПД и впервые применяемое новое топливо. Оно состояло из частично очищенной нефти.

Производство дизельное топливо (дизтопливо) сложный процесс и осуществляется на заводах переработки нефти. Во время прямой перегонки нефть разделяется на отдельные фракции. Этот процесс происходит при высоком атмосферном давлении и при определенных температурах. Полученный продукт относится к светлым нефтепродуктам, таким как бензин, нафта, керосин. Все эти виды топлива используются в двигателях внутреннего сгорания, в основном в железнодорожном или грузовом транспорте и сельскохозяйственной технике. Дизельное топливо бывает арктическим, зимним или летним. Основное отличие в температуре предельной фильтруемости, помутнения и застывания. Летнее топливо зимой (уже при −20 °C) может замерзать и использование затруднительно. Дизтопливо характеризуется несколькими параметрами. Это цетановое число, прокачиваемость, вязкость и низкотемпературные свойства.

Под цетановым числом подразумевается воспламеняемость дизельного топлива. Это промежуток времени от впрыска топлива в цилиндр до начала горения. Более высокое число способствует быстрому воспламенению и плавному сгоранию топлива. Цетаное число дизельного топлива определяется в специальной моторной установке. От цетанового числа зависит и температурная характеристика дизтоплива. Именно ЦЧ разграничивает дизтопливо на зимние и летнее. Зимнее ДТ имеет число в 50-65 единиц, а летнее – около 45. В международных стандартах вместо цетанового числа используют дизельный индекс (diesel index) и цетановый индекс (cetane index).

Вторым важным свойством дизтоплива является прокачиваемость. Это свойство обеспечивает необходимую подачу топлива в цилиндры. Прокачиваемость зависит от количества в топливе механических примесей, смол, влияющих на прохождение топлива через фильтр.

Очень важной характеристикой дизельного топлива является вязкость. Слишком большая вязкость повышает выделение дыма в процессе сгорания топлива и увеличивает потребление топлива, что снижает экономичность двигателя. Это объясняется тем, что из-за повышенной вязкости снижается прокачиваемость топлива через фильтры и ухудшается процесс смесеобразования. И наоборот, топливо с пониженной вязкостью хуже герметизирует и смазывает зазоры плунжерных пар в топливном насосе высокого давления (ТНВД). Дизтопливо пониженной вязкости иногда становиться причиной выхода из строя ТНВД.

Следующим показателем качества топлива является его низкотемпературные характеристики. Выделяют три категории, которые определяют место и время использования топлива. Первая категория, это арктическое дизтопливо, которое способно проходить через фильтр при температуре -50 градусов Цельсия. Такое топливо используется в странах, в которых температура воздуха крайне низкая, и использование другого дизельного топлива невозможно. К следующей категории относится зимнее дизтопливо. При крайне низких температурах происходит процесс кристаллизация парафина. Температура, при которой топливо сохраняет свои рабочие свойства, не превышает -35°C. И третья категория – летнее дизтопливо, которое при температуре ниже 10 °C полностью теряет свою работоспособность.

Часто дизельное топливо называют солярой или соляркой. Это абсолютно неправильно. Солярка (соляровое масло) - фракция нефти, прошедшая щелочную очистку. Служит топливом для тракторных и судовых дизелей, а также, смазкой для некоторых механизмов.

Самые популярные у потребителя марки дизтоплива:

Л-0,2-62. То летнее дизельное топливо, высшего сорта.

топливо дизельное автомобильное (ТДА) сорт С,Е, марка (EN 590)

топливо дизельное экологическое ДЭК-3. Имея улучшенные экологические показатели, это топливо обычно применяется в городских условиях.

Для улучшения свойств топлива в них часто добавляют различные присадки. Они очищают топливную систему от воды, маслянистых отложений, что способствует увеличению работоспособности двигателя.

Биодизельное топливо

Дизельное топливо настоящее время применяется практических во всех отраслях промышленности. Этот вид топливо является более экономичным и менее токсичным, чем топливо из легких фракций нефтяных продуктов при внутреннем сгорании двигателя. Самое широкое распространение дизельное топливо получило в автомобилестроение. Связи повышение стоимости нефтяных продуктов резко возросла стоимость дизельного топлива. Ученые стали искать замену минеральному дизельному топливу это оказалось, возможно, заменить растительными маслами. При обработке растительных масел создать биодизельное топливо. Преимущество биологического топлива заключается в получение экологического чистого топлива, чем из нефтяных продуктов. Биологическое дизельное топливо имеет высокое цетановое число, прекрасные смазочные характеристики и экологическую чистоту. Настоящее время биологическое топливо, возможно, применять совместно с дизельным топливом. Для этого достаточно смешивать топливо в соотношении 5-15% биологического дизельного топлива к минеральному дизельному топливу. Применяя современные технологии, позволяет получать биологическое дизельное топливо из масленых культур. Настоящее время основным сырьем является, для создания биодизеля служит рапсовое масло чуть меньше пальмовое масло. При многократной обработке растительного масла происходит разрыв радикалов в молекулах жирных кислот. За счет этого происходит снижение вязкости и увеличение цетанового числа и улучшение энергетических характеристик. Рапсовое масло обладает самыми лучшими физико-химическими характеристиками, чем другие растительные масла и создание из него биодизельное топливо похоже на минеральное дизельное топливо. Основным препятствие распространения биодизельного топлива является высокая стоимость технологии производства биологического топлива, чем из нефтяных продуктов. Не полное сгорание биологического продукта внутри двигателя за счет высокой вязкости. Широкое распространение технологий по производству дизельного топлива из нефтяных продуктов.

Общие характеристики дизельного топлива

Дизельное топливо (солярка) представляет собой нефтепродукт, являющийся результатом перегонки нефти. Смешивание гидроочищенных и прямогонных фракций в определенных пропорциях (компаундирвание) определяет конкретную марку солярки. Обычно смесь делается из прямогонного дизельного топлива прямой и первичной перегонки и легкого газойля, получаемого путем каталитического крекинга. В соответствии с ГОСТ, при перегонке нефти могут получаться три марки дизельного топлива: Л (летнее дизельное топливо) – для температуры выше 0 °С; З (зимнее дизельное топливо) для температуры до -20-30 °С; А (арктическое) для самых низких температур, до -50 °С.

Каждый вид солярки предполагает нормированное содержание серы и серных соединений, а также определенную температуру замерзания.

Помимо этого, существует множество различных параметров и характеристик дизельного топлива: фракционный состав, кинематическая вязкость, температура перегонки, цетановое число, густота при 20 °С, йодистое число, коэффициент фильтрации, содержание воды, массовая часть серы и серных соединений, концентрация смол, содержание механических примесей, предельная температура фильтрации, температура замерзания, химическая стабильность, кислотность, температура вспышки, коксуемость, зольность и другие. Рассмотрим более подробно самые основные характеристики дизельного топлива.

Цетановое число (детонационная стойкость) характеризует работу двигателя с точки зрения воспламенения дизельного топлива и его сгорания. От цетанового числа, в свою очередь, зависит мощность, дымность и шумность двигателя. Эталоном определения детонационной стойкости или цетанового числа является цетан или н-гексадекан. Значение цетанового числа для цетана при этом устанавливается на уровне 100, а аналогичный показатель альфаметилнафталина – на уровне 0. Для солярки обычный диапазон значений цетанового числа колеблется от 40 до 50. Фактически, эта цифра означает срок задержки возгорания (отрезок времени от подачи топлива в цилиндр до его воспламенения). Более высокое цетановое число означает меньший период воспламенения, и, соответственно, лучшее горение топлива. Более высокое цетановое число повышает экологичность выхлопа. Однако если этот показатель превышает 60, то не происходит прирост мощности двигателя. В свою очередь, солярку с низким цетановым числом производить проще, поэтому на практике изготавливают дизельного топливо с цетановым числом не менее 40-45. Оно определяется аналогично октановому числу бензина, то есть, используя моторный или же исследовательский метод. Корректировать цетановое число можно с помощью специальных технологий.
Плотность и вязкость дизельного топлива определяют процесс испарения и образования смесей в двигателе.
Низкотемпературные характеристики дизельного топлива (предельная температура фильтрации, температура застывания, температура помутнения) также являются важными параметрами. Что касается температуры застывания, то она составляет порядка -10 °С для летних марок и не выше -35 °С для зимних марок, в соответствии с ГОСТом. Температура помутнения составляет обычно около -5 °С.
Химическая стабильность дизельного топлива – это его способность к сопротивлению окислению в процессе хранения. Окисление приводит к образованию осадка на дне бака с топливом, во избежание чего добавляются специальные присадки.

Тем не менее, качество топлива определяется не только вышеприведенными показателями. Попадание в топливо, а соответственно, в двигатель, воды, различных механических и прочих примесей приводит к негативному эффекту. Самой простой способ борьбы с этой проблемой – заправляться только на надежных автозаправочных станциях, успевших хорошо себя зарекомендовать. Такие АЗС заинтересованы в приобретении только качественной продукции, чтобы гарантировать неизменно высокое качество конечному потребителю.

Приобретение солярки в сомнительных местах, на собственный страх и риск, к сожалению, редко является лучшим вариантом, и отстаивание с фильтрацией в этом случае не поможет, поскольку оно требует определенное время, оборудование и опыт.

Если говорить о присадках, то их ассортимент огромен, некоторые из них направлены на модификацию цетанового числа, другие – на очищение или антикоррозийную защиту. Но использовать их надо строго в определенном количестве и составе, которое может определить только квалифицированный специалист, имеющий нужное образование и навыки работы с присадками в частности и с дизельным топливом вообще.

Если подойти к этому вопросу чисто теоретически, то можно добавить к бензину Аи-76, имеющему цетановое число 35, присадку, увеличивающую его до уровня 45, залить в двигатель и использовать как солярку. А можно и наоборот: превратить с помощью присадок солярку до бензина. Но при этом у вас не будет никаких гарантий, что это не повредит двигателю, тем более, необходимо учитывать особенности двигателей разных моделей автомобилей. Риск необходимо минимизировать. В крайнем случае, нужно помнить, что лучше приобрести узкоспециализированную присадку от известного производителя, чем неизвестную универсальную присадку.

Виды дизельного топлива

Основными областями применения дизельного топлива являются быстроходные и газотурбинные двигатели наземной или судовой техники. Огромным преимуществом дизельных двигателей перед карбюраторными является возможность высокой степени сжатия, что положительно сказывается на экономичности двигателя. Эта экономия составляет около 30 % . Минусом дизельного двигателя является его большие габариты и сложность изготовления. Во всех остальных показателях карбюраторные двигатели и дизельные очень схожи и одинаково полезны для человека.

Рассмотрим некоторые государственные стандарты дизельного топлива. Дизтопливо (ГОСТ 305-82) благодаря прямогонным и гидроочищенным фракциям содержание серы в этом топливе соответствует необходимому количеству. Содержание серы зависит от нефти, из которой производится топливо. Дизельное топливо стандарта ТУ 38.401-58-110-94 производится в основном на экспорт. Содержание серы в нем всего 0.2 %, что подходит для иностранных требований к топливу. Для экспорта топлива существуют небольшие отличия в определения стандартов. Вместо цетанового числа качество топлива оценивается в дизельном индексе. Дизельное топливо зимнее (ЗДп) имеет ТУ 38.101889-81. В такое топливо добавляют депрессорные присадки и производят из обычного летнего топлива. Несколько грамм присадки из летнего дизельного топлива делает зимнее, которое можно применять при температуре до -15°С.

Дизтопливо ТУ 38.401-58-36–92 предназначено для особых районов, температура воздуха в которых опускается до -45 °С. Это дизельное топливо разделяют на две марки: ДЗп-15/-25 (стандартное зимнее дизельное топливо, которое сохраняет свои функции при температуре до минус 15 °С и товарное, с температурой до минус 25°С) и арктическое ДАп-35/-45 (это топливо способно сохранять свои качества и функции при температуре до минус 45 °С). Топливо стандарта ТУ 38.1011348–89 относится к экологическим дизельным топливам и бывает трех марок. Летнее экологической дизтопливо (ДЛЭЧ-В или ДЛЭЧ) содержит в себе не более 20% ароматических углеводородов. Для экологического зимнего топлива, которое имеет обозначение ДЗЭЧ, эта характеристика имеет значение до 10%. Для него так же характерно содержание серы до 0,05% или до 0,1 %, в зависимости от подвида.

Для использования в черте города предназначено дизельное топливо стандарта ТУ 38.401-58-170–96. От экологического топлива оно отличается наличием присадок, которые меняют свойства топлива. В городское дизтопливо летом добавляют антидымные присадки, а зимой еще и депрессорные. Антидымные присадки способны снизить дымность отработанных газов топлива до 50%. Депрессорные присадки добавляются в зимнее топливо, что бы повысить его морозостойкость при пониженных температурах воздуха. С 1996 года в странах Европейского экономического союза действует дизельное топливо европейского стандарта. Оно имеет обозначение EN590. Это топливо предусмотрено для различных регионов с индивидуальными климатическими условиями. Для всех разновидностей этого стандарта общими являются следующие нормы: косуемости 10 %-ного остатка — не более 0,30 %, зольности — не более 0,01 %, содержанию воды — не более 200 ррm, механических примесей — не более 24 ррm, коррозии медной пластинки — класс 1, устойчивости к окислению — не более 25 г осадка/м3. Так же, решением комиссии было введено ограничение на содержание в дизельном топливе серы. Этот показатель не должен превышать 0.05%. Всем этим требованием соответствует отечественное дизельное топливо стандарта ТУ 38. 1011348–89.

Свойства дизельного топлива

Основными и важнейшими свойствами дизельного топлива являются следующие параметры и характеристики: испаряемость, цетановое число, температурные показатели, вязкость, содержание серы и стабильность хранения. Рассмотрим все перечисленные показатели более подробно.

Испаряемость

Это свойство определяется температурой, при которой топливо начинает активно испаряться. При температуре 50 градусов дизельное топливо выкипает. На испаряемость большое влияние имеет плотность топлива. Эти показатели дизельного топлива различных марок довольно схожи и не имеют огромных отличий. Сам процесс сгорания дизельного топлива зависит от его химического состава и характеризуется испаряемостью. Что бы спалить определенное количество топлива легкого фракционного состава необходимо меньше воздуха, чем для дизельного топлива более плотного фракционного состава. Фракционный состав дизельного топлива влияет на работу двигателей с разным смесеобразованием по-разному. Предкамерные и вихревые образующие двигатели имеют небольшую чувствительность к составу топливо, в то время как двигатели с непосредственным впрыском более чувствительны. Нагретые стенки предкамеры двигателя способствуют благоприятному смесеобразованию. Слишком сильное облегчение фракционного состава способно привести к увеличению более жесткой работе двигателя.

Воспламеняемость или цетановое число

Этот показатель определяет, насколько легко запускается двигатель. От него зависит и то, какое время после запуска дизельного двигателя будет «белое дымление» и жесткость работы двигателя на холостом ходу, которое еще называют «дизельный стук». Воспламеняемость дизтоплива влияет на наличие вредных компонентов в отработанных газах, таких как СО и СН. Чем меньше период воспламеняемости, тем быстрее происходит сгорание топлива. Это ускоряет работу двигателя и увеличивает его мощность. Так же, содержание вредных компонентов в газах становится меньше. Задержка воспламенения, или как ее еще называют цетановое число, испытывают в одноцилиндровом двигателе с регулируемой степенью сжатия. Такие же двигатели используются для определения октанового числабензина. Воспламеняемость измеряют при определенной степень сжатия и полученные результаты сравнивают с данными эталонного дизельного топлива, которое состоит из цетана и альфаметилнафталина или применяемого в некоторых странах гептаметилноанола. Само по себе понятие цетановое число это количество цетана в смеси, при котором период воспламеняемости идентичный периоду воспламеняемости эталонного топлива. Различные модели дизельных двигателей имеют свои требования к цетановому числу. Так, например, быстроходные двигатели требуютдизельное топливо с более высоким цетановым числом, а двигатели менее оборотистые благополучно используют топливо с небольшим цетановым числом. Для примера можно привести работу крупного судового двигателя, который работает на топливе с ЦЧ около 15 и высокооборотных двигателей легковым машин, цетановое число дизельного топлива которых не менее 50. Для грузовых машин нормальным цетановым числом дизельного топлива является значение от 40 до 45. Показатель воспламеняемости очень важная характеристика дизельного топлива.

Если цетановое число высокое, скорость нарастания давления будет ниже, а значит двигатель будет работать не так жестко. С увеличением цетанового числа выше нормы ухудшается экономичность двигателя и увеличивается дымность выхлопных газов. Для отечественных дизельных двигателей цетановое число равно 40-50. Для топлива в зимних условиях цетановое число должно быть не менее 45.

Иногда, для повышения цетанового числа используют некоторые присадки. В основном, это изопропил или циклогексилнитраты, которые способны увеличить ЦЧ на 2-7 единицы. К сожалению, это приводит к снижению температуры вспышки, и поэтому использование присадок для этих целей ограничено.

В зарубежных странах вместо цетанового числа используют дизельный индекс, который для определенного топлива вычисляется по значению плотности и температуре выкипания 50% топлива. Эта характеристика дизельного топлива применяется и для отечественного дизельного топлива, которое идет на экспорт.

Вязкость и плотность

Такие показатели, как вязкость и плотность определяют уровень испарения и смесеобразования дизельного топлива. Более плотное и вязкое топливо хуже воспламеняется и сгорает, что приводит к большему расходу дизельного топлива и дымность выхлопных газов. Маловязкое топливо в процессе эксплуатации увеличивает износ деталей топливного насоса. Для уменьшения износа часто в дизельное топливо добавляют противоизносные присадки, что частично компенсирует этот недостаток маловязкого дизельного топлива.

Низкотемпературные свойства

Это свойство определяет температуру, при которой дизельное топливо начинает мутнеть, застывать и превращаться в кристаллы. Это свойство определяет область применения и условия эксплуатации дизельного топливо, в частности, климатические показатели региона. Так же, температурные свойства дизельного топлива определяют условия, при которых можно хранить дизтопливо на складе. На данный момент низкотемпературное топливо производят тремя способами.

1.Если в дизельном топливе снизить содержание тяжелых фракций, уменьшится температура кипения топлива. К тому, в такое топливо добавляют легкие фракции. Этот способ не является рациональным, так как снижается выработка дизельного топлива и уменьшается температура вспышки.

2.Добавление депрессорных присадок. Эти присадки способны снизить температуру застывания, но не температуру помутнения. Выработка топлива с добавленными депрессорными присадками не ухудшается. Эти показатели ограничивают область применения дизельного топлива.

3.Третий способ, самый эффективный и популярный. Температуру застывания, помутнения и фильтруемости снижают благодаря определенным технологиям, суть которых заключается в изменении углеводородного состава дизельного топлива. При использовании этого способа возможно добавление тяжелых фракций. Благодаря этому повышается производительность дизельного двигателя. Это самый распространенный способ понижения температурных характеристик дизельного топлива.

Степень чистоты дизтоплива

Чем более чистое дизельное топливо, тем качественнее и эффективнее работает двигатель. Эта характеристика дизельного топлива является очень важной. Для определения характеристики чистоты топлива используют коэффициент фильтруемости. Фильтруемость определяют соотношением времени, за которое топливо проходит через фильтр при определенном атмосферном давлении. В основном, фильтруемость дизтоплива зависит от содержания воды, механических примесей, смол и нафтеновых кислот в дизельном топливе. Согласно ГОСТ 6370-83, если в дизельном топливе количество механических примесей не превышает 0.002-0.004%, считается, что примесей в топливе нет.

Содержание серы

От содержания серы в дизельном топливе зависит содержание вредных веществ в выхлопных газах, и определяет экологичность топлива. При содержании серы до 0.035 % топливо считается экологически чистым. Уменьшение количества серы в топливе приводит к повышению износа двигателя, поэтому, в некоторых случаях в дизтопливо добавляют присадки, которые способны уменьшить износ деталей и механизмов двигателя.

Сернистые соединения

Сернистые соединения (непредельные углеводороды и металлы) определяют степень образования нагара и влияют на износ двигателя и его коррозию. Содержание сернистых соединений регламентировано.

Температура вспышки

Этот показатель определяет пожарную опасность топлива. В двигателях, которые эксплуатируются в закрытых помещениях, а так же в пожароопасных местах, применяется топливо с повышенной температурой вспышки. По ГОСТ 305-82 дизельное топливо является общего назначения и применения, и имеет температуру вспышки не менее 40°С. Для топлива, применяемого в судовых и тепловозных двигателях, горных машин температура вспышки не менее 60°С. Такое топливо имеет ограничение по использованию.