О дизельном топливе и об альтернативе ему
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт/
Факультет – Институт природных ресурсов
Направление – Химическая технология
Кафедра – химической технологии топлива и химической кибернетики
РЕФЕРАТ
«Приоритеты в качестве дизельного топлива»
по курсу
«Инновационное развитие
химической технологии органических веществ»
Выполнил студент гр. 2ДМ21 Нурмаканова А
Проверила к.т.н., доцент Ивашкина Е.Н.
Томск – 2012
СОДЕРЖАНИЕ
стр. | |
ВВЕДЕНИЕ |
3 |
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ |
4 |
1.Общая характеристика |
4 |
2. Государственные и евро- стандарты для дизельных топлив |
7 |
3. Приоритеты в качестве дизельного топлива |
9 |
3.1 Воспламеняемость (цетановое число) его на работу дизеля |
9 |
3.2 Вязкость и плотность. Влияние вязкости на качество дизельного топлива |
9 |
3.3
Фракционный состав и его |
10 |
3.4 Содержание серы и воды |
10 |
4. Преимущества в использовании дизельного топлива по сравнению бензином |
12 |
4. Биодизель как альтернатива |
15 |
4.1 Сравнение биодизеля с |
15 |
4.2 Сравнение биодизеля с |
17 |
4.3 Сравнение биодизеля с |
17 |
5. Недостатки дизельного топлива и способы их устранения |
19 |
6. Присадки к дизельным топливам |
20 |
7. Современные перспективы в |
22 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ |
24 |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ |
25 |
ВВЕДЕНИЕ
Во всем мире прослеживается устойчивая тенденция к увеличению потребления дизельного топлива. Этому поспособствовали необходимость форсированного развития индустрии, урбанизация и немаловажную роль сыграли его несомненные преимущества перед другими используемыми видами топлива. На сегодня в России дизельное топливо занимает третье место в структуре экспорта после нефти и газа. Это говорит о том, что его получение и повышение эффективности остаются актуальной задачей и по сей день.
История появления и распространения дизельного топлива корнями уходит в конец XIX - начало XX веков, когда человечество оказалось на пороге нового качественного промышленно-технологического скачка. В связи с угрозой начала войны необходимо было постоянно наращивать производственные мощности, увеличивая объёмы и скорости изготовления стратегической продукции. А для этого, в частности, были нужны принципиально новые, более эффективные двигатели, работавшие на невиданном ранее топливе. Именно в таких условиях на свет появилось детище немецкого инженера Рудольфа Дизеля.
В связи с ростом потребления дизельного топлива к его качеству стали уделять особое внимание, приоритеты которого рассматриваются в данной работе.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
1.Общая
характеристика дизельного
Дизельное топливо (или как его еще в народе называют «солярка») – это жидкий продукт, который используется в качестве топлива в дизельном двигателе. Обычно под этим термином понимают топливо, получающееся из керосино-газойлевых фракций прямой перегонки нефти.
Название солярка происходит из немецкого Solaröl (солнечное масло) — так ещё в 1857 году называли более тяжёлую фракцию, образующуюся при перегонке нефти. Фракция названа так в связи с желтоватым цветом.
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).
Физические свойства. Физические свойства зависят от вида топлива. Нефтеперерабатывающей промышленностью вырабатывается дизельное топливо по ГОСТ 305-82 трех марок:
Летнее дизельное топливо: Плотность: не более 860 кг/м³. Температура вспышки: 33 °C. Температура застывания: −5 °C. Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 40—250 градусов Цельсия. Рост температуры конца выкипания приводит к усиленному закоксовыванию форсунок и дымности.
Зимнее дизельное топливо: Плотность: не более 840 кг/м³. Температура вспышки: 30 °C. Температура застывания: −35 °C. Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 40—200 °C. Так же 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.
Арктическое дизельное топливо: Плотность: не более 830 кг/м³. Температура вспышки: 25 °C. Температура застывания: −50 °C. Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 35—180 градусов Цельсия. Пределы кипения арктического топлива примерно соответствуют пределам выкипания керосиновых фракций, поэтому данное топливо — по сути утяжеленный 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.
Фракционный состав дизельного топлива характеризуется испаряемостью топлива путем перегонки 100 мл испытуемого топлива. Температура начала перегонки дизельного топлива 180°С. При 360°С выкипает 96% дизельного топлива (конец кипения), что обеспечивает необходимое плановое число и исключает нагар и образование паровых пробок и системе низкого давления.
Химический состав дизельного топлива определяется происхождением нефти и технологией получения топлива. Дизельное топливо является сложной смесью парафиновых (10-40%), нафтеновых (20-60%) и ароматических (14-30%) углеводородов и их производных средней молекулярной массы 110-230 г/моль.
Элементный состав дизельного топлива включает в основном три элемента: углерод (С), водород (Н) и кислород (О). В дизельном топли-не содержится в среднем 85,5...86,0% С, 12,5...13% Н и 1...2% О.
Содержание воды. В топливе вода обычно находится во взвешенном состоянии и в виде эмульсии. Ее частицы, заполняя поры фильтрующих элементов, прекращают доступ топлива к насосу. При температуре ниже нуля они замерзают и в виде малых кусочков льда забивают топливопроводы и фильтры.
Содержание серы в дизельном топливе марок Л (летнее) и З (зимнее) не превышает 0,2 % - для I вида топлива и 0,5 - для II вида топлива, а марки А (арктическое) - 0,4 %. [1-3]
В зависимости от количества серы согласно новому ГОСТу Р 52368-2005 (ЕН 590:2004) предусмотрено 3 вида дизельного топлива
- не более 350 мг/кг для вида 1,
- не более 50 мг/кг для вида 2
- не более 10 мг/кг для вида 3. [4]
Детонационная стойкость или цетановое число - показатель работы двигателя, характеризующий особенности воспламенения и сгорания дизельного топлива. В качестве эталона определения цетанового числа используют цетан (н-гексадекан). При этом цетановое число эталонного цетана принимается за 100, а цетановое число альфаметилнафталина – за ноль. Обычный диапазон значений для солярки от 40 до 50. Эта величина по существу - период задержки воспламенения, т.е. промежуток времени от впрыска топлива в цилиндр до начала его горения.
Воспламеняемость напрямую определяет содержание вредных составляющих (СО и СН) в отработанных газах двигателя.
Низкотемпературные свойства. Это температура помутнения, предельная температура фильтруемости и температура застывания.
Степень чистоты. Содержание механических примесей в товарных дизельных топливах на месте их производства составляет 0,002-0,004%, что оценивается по ГОСТ 6370-83 как отсутствие. [1-3]
2. Государственные и евро- стандарты для дизельных топлив
По существующим
прогнозам в последующие 20 лет
соотношение объемов
Разработанный в 2005 году новый стандарт для российских дизельных топлив (ГОСТ Р 52368-2005 ЕН 590:2004) «Топливо дизельное Евро. Технические условия., по сути является аналогом европейской нормы EN-590.
Норма по
цетановому числу значительно превышают
требования, предъявляемые по этому
показателю в соответствии с действующим
в России стандартом (ГОСТ 30582) на дизельное
топливо нефтяного
Согласно новому ГОСТу предусмотрено 3 вида дизельного топлива Евро, причем вид зависит от содержания серы, который должен быть не более 350 мг/кг для вида 1, не более 50 мг/кг для вида 2 и не более 10 мг/кг для вида 3. [4]
Основные показатели качества дизельного топлива Евро для умеренного климата по ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2004)
Показатели |
Норма |
Цетановое число, не менее |
51 |
Цетановый индекс, не менее |
46 |
Плотность при 15 С, кг/м3 |
820-845 |
Полициклические ароматические углеводороды, % масс. , не более |
11 |
Содержание серы |
|
Вид 1 |
350 |
Вид 2 |
50 |
Вид 3 |
10 |
Кинематическая вязкость при 15, мм2/с |
2,0-4,5 |
Фракционный состав |
|
При 250 С об., не менее |
65 |
При 350 с об., не менее |
85 |
95 % об. перегоняется при С., не более |
360 |
Смазывающая способность: скорректированный диаметр пятна износа при 60 С, мкм., не более |
460 |
Температура вспышки в закрытом тигле С, не ниже |
55 |
Зольность, % масю, не более |
0,01 |
3. Приоритеты в качестве дизельного топлива по сравнению с бензином
3.1 Воспламеняемость (цетановое число) влияет его на работу дизеля
Воспламеняемость влияет на легкость пуска, продолжительность «белого дымления» после пуска, приемистость до прогрева и интенсивность «дизельного стука» (жесткость работы) на холостом ходу.
Воспламеняемость напрямую определяет
содержание вредных составляющих (СО
и СН) в отработанных газах двигателя.
С уменьшением задержки воспламенения
процесс сгорания начинается раньше и
содержание вредных составляющих в отработанных
газах снижается. Влияет на шумность, мощность
и дымность. Наиболее высокими цетановыми
числами обладают парафиновые углеводороды
нормального строения. Самые низкие цетановые
числа у ароматических углеводородов,
не имеющих боковых цепей.
В быстроходных
дизелях цетановое число
3.2 Вязкость и плотность. Влияние вязкости на качество дизельного топлива.
Вязкость и плотность топлив во многом определяют процессы испарения и смесеобразования в дизелях. С их увеличением растет диаметр капель, и ухудшаются условия сгорания, в результате чего увеличивается расход топлива и дымность отработанных газов. Вязкость топлива влияет на наполнение и утечки топлива через зазоры плунжерных пар.
При работе на маловязких топливах увеличивается
износ деталей топливных
Топлива
для быстроходных дизельных двигателей
имеют значение кинематической вязкости
при 20 градусах Цельсия от 1,5 до 6,0 кв.мм/с
(сСт). Чем быстроходнее двигатель, тем
выше требования к вязкости. Понижение
или повышение вязкости по сравнению
с нормируемыми значениями приводит
к нарушению работы топливоподающей
аппаратуры, процессов смесеобразования
и полноты сгорания топлива. При
понижении вязкости неизбежно увеличиваются
подтекания и просачивания во всех
зазорах и неплотностях, повышается
расход топлива. Подтекания через отверстия
форсунок увеличивают нагарообразование.
С другой стороны, на испарение вязкого
топлива затрачивается больше времени.
Это приводит к неполному сгоранию,
что вызывает повышенное нагарообразование
и дымление. Отработанные газы становятся
черными, более токсичными, повышается
расход топлива. Поэтому лучшими
свойствами обладает топливо средней
вязкости (2,5-4,0 кв.мм/с).
Вязкость топлива понижается с ростом
температуры и наоборот. Изменение вязкости
оказывает существенное влияние на пусковые
свойства, особенно в холодное время года.
Чем выше значение вязкости при 20 градусах
по Цельсию, тем значительнее изменения
при понижении температуры.
3.3 Фракционный состав и его влияние
От фракционного
состава зависят качество распыливания
и полнота сгорания. Если в дизельном
топливе много легких углеводородов,
нарушается процесс сгорания. Тяжелое,
высококипящее топливо при распылении
образует более крупные капли, ухудшая
качество горючей смеси и повышая расход
топлива. При значительном утяжелении
топлива увеличивается коксование распылителей
форсунок и возрастает количество нагаров
в зоне цилиндропоршневой группы. Современные
форсированные дизели могут надежно работать
только на топливе нормированного фракционного
состава: температура выкипания 96% не должна
быть выше 340-360 градусов по Цельсию (в зависимости
от сорта).
С фракционным составом топлива тесно
связана температура вспышки, при которой
пары нефтепродукта с воздухом образуют
горючую смесь, вспыхивающую при поднесении
огня. Определяют температуру вспышки
(ГОСТ 6356-75) в приборе закрытого типа. От
температуры вспышки зависит пожарная
опасность при транспортировании, хранении
и применении дизельного топлива. Современные дизельные
топлива имеют довольно низкую температуру
вспышки (35-40 градусов по Цельсию), что
достаточно для двигателей, используемых
на открытом воздухе. Для двигателей, работающих
в помещении, применяют специальный орт
топлива с температурой вспышки 65-80 градусов.
3.4 Содержание серы и воды
Сернистые соединения, непредельные углеводороды и металлы (ванадий, натрий) влияют на процессы нагарообразования в дизелях, являются причиной повышенных износов и коррозии. Их содержание в топливе регламентировано. [4] Вода понижает теплотворную способность топлива и вызывает коррозию топливной аппаратуры.
4. Преимущества
в использовании дизельного
Низкий расход и экономия топлива. Дизельное топливо расходуется меньше, чем бензин, ориентировочно на четверть.
Основной плюс дизеля, особенно важный в условиях экономического кризиса – это экономия топлива. Дело в том, что у дизельного двигателя КПД достигает 36 % и даже выше, в то время как у бензина КПД не достигает и 25%.
Нелетучесть Другим важным аспектом, касающимся безопасности, является то, что дизельное топливо нелетучее (т. е. легко не испаряется) и, таким образом, вероятность возгорания у дизельных двигателей намного меньше, тем более что в них не используется система зажигания (к тому же, в дизель-моторах, как известно, не используется система зажигания, что ещё больше снижает риск воспламенения). До сих пор этим несомненным преимуществом пользовались, в основном, военные - танки и многие другие наземные боевые машины работают на дизельном топливе. Теперь же высокая безопасность данного вида горючего начинает понемногу привлекать и производителей легковых автомобилей. В последнее время они заметно увеличили количество выпускаемых машин на дизельном двигателе. В настоящее время практически все крупнейшие мировые автоконцерны предлагают минимум одну модель такого типа. [1]
Универсальность. Дизельное топливо отличается потрясающей универсальностью. Область применения дизельного топлива достаточно широка. Основные же его потребители – грузовой автотранспорт, водный и железнодорожный транспорт, военная и сельскохозяйственная техника. Кроме того, остаточное дизельное топливо (или соляровое масло) часто используется в качестве котельного топлива, в смазочно-охлаждающих средствах при механической и закалочных жидкостях при термической обработке металлов, а также для пропитывания кож.
Безопасность и экологичность. Выхлопные газы дизельного двигателя являются относительно «чистыми» по сравнению с выхлопными газами бензинового двигателя. Окись углерода (СО) практически отсутствует в выхлопных газах дизеля, поэтому токсичными газами, которые присутствуют в заметных количествах, являются углеводороды (НС или СН) (на рисунке не показаны), окислы азота (NОх) и сажа (или ее производные) в форме черного дыма. Они могут привести к астме и раку легких, больше всего загрязняют атмосферу дизели грузовиков и автобусов, которые часто являются старыми и неотрегулированными.
Концентрация СО может быть уменьшена с помощью системы рециркуляции выхлопных газов (ЕСК). Эта система отбирает некоторое количество выхлопных газов из выпускного коллектора через трубопровод во впускной коллектор. Процесс контролируется клапаном , и благодаря уменьшению температуры сгорания концентрация СО уменьшается). Для существенного сокращения выбросов углеводородов и СО используются каталитические преобразователи (катализаторы} окислительного типа. Что касается остающейся серы, улучшения в системе впрыска топлива и в процессе сгорания в сочетании с отделителями частиц выпускной системы существенно уменьшают ее выбросы. Качественное обслуживание дизельных двигателей помогает свести черный дым к минимуму.
Относительная дешевизна. Цена на «дизель» была существенно ниже. Связано это было с тем, что доставка и перевозка дизельного топлива обходились значительно дешевле бензина.
Преимущества дизельного двигателя. В Западной Европе дизтопливо особенно популярно – ведь при заправке качественным дизельным топливом и регулярном уходе дизельный двигатель реально способен отработать 500 000 километров без капитального ремонта. Дизельный двигатель становится в мире все популярнее для оснащения современных авто.
Бензиновый двигатель является довольно неэффективным и способен преобразовывать всего лишь около 25% энергии топлива в полезную работу. Дизельный двигатель, однако, обычно имеет коэффициент полезного действия в 36%. Дизельное топливо, как правило, дешевле.
Исключение
электрической системы
6. Биодизель
как альтернатива обычному
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.
6.1 Сравнение
биодизеля с дизельным
Плотность. В случае заменителей дизельного топлива (биодизеля) разница в плотности может достигать20%, что приведет к закономерному повышению массы транспортного средства. Наиболее негативные последствия проявляются при эксплуатации легкового транспорта в режиме частых остановок и стартов, характерном для эксплуатации автомобиля в городе.
Вязкость. Вязкость дизельного топлива установлена на уровне 2-8 мм2/с при 20С. Вязкость различных биодизелей на 1-2 порядка выше, что затрудняет перекачку по топливной магистрали от бака до двигателя, особенно в условиях холодного климата, так с понижением температуры она чаще всего возрастает.
Содержание воды. Жиры и метиловые эфиры жирных кислот липофильны, т.е.менее склонны к поглощению воды, как и нефтяное топливо, состоящее в основном из углеводородов. Поэтому можно считать, что содержание водыв биодизелях и дезельном топливе отличается незначительно. Хотя альтернатива бензину, топливо, содержащее спирты, может образовывать азеотропные смеси с водой, удаление которой представляет серьезную проблему.
Содержание серы. По этому показателю нефтяное топливо значительно уступает биотопливам, в которых серы практически не содержится виде того, что растения не перерабатывают ее.
Содержание смолы. В современных нефтяных топливах, полученных с помощью термического и каталитического крекинга, в обязательном порядке присутствуют непредельные углеводороды. Растительный биодизель практически полностью состоит из эфиров непредельных жирных кислот, что является причиной постепенного осмоления топливной смеси под воздействием условий окружающей среды, причем индуктивный период для биодизеля в разы меньше, чем для обычного дизельного топлива.
Наличие
смол в топливе ведет кинтенсивному
загрязнению топливных
Содержание золы. Анализ литературных источников показал, что в общем зольность биодизеля (0,03 мг/кг) приблизительно в 3 раза выше, чем у нефтепродуктов (0,01 мг/кг). Это связано с поглощением фотосинтезирующими организмами в процессе жизнедеятельности неорганических веществ из окружающей среды. Эти вещества в процессе производства биотоплива способны попадать в получаемое топливо. Повышенная зольность приводит к загрязнению камеры сгорания механическими частицами, вызывающими повышенный износ в системе цилиндр-поршень, являющийся важным узлом трения любого двигателя внутреннего сгорания и, как следствие, к преждевременному выходу из строя двигателя.
Кислотное число. Все, без исключения, предлагаемые альтернативные топлива содержат кислоты или сами ими являются, в то время как нефтяные топлива кислот не содержат. Повышенное кислотное число свидетельствует о том, что данный вид топлива будет вызывать усиленную коррозию деталей топливной арматуры двигателя внутреннего сгорания ( топливного бака, насоса, толивных магистралей, форсунок и т.п.) и их преждевременный износ.
Таким образом, при сравнительном рассмотрении физико-химических свойств биотоплив и традиционных топлив выяснено, что биодизели имеют преимущество перед обычным дизельным топливом только по содержанию серы.[7]
4.2 Сравнение биодизеля с дизельным топливом по эксплуатационным характеристикам.
Были поведены сравнительные опыты по следующим пунктам:
- Давление насыщенных паров;
- Температура вспышки;
- Температура застывания;
- Теплота сгорания;
- Цетановое число.
Таким образом,
при сравнительном рассмотрении
эксплуатационных характеристик было
выяснено, что топливо биологического
происхождения в абсолютном большинстве
не имеют значительных преимуществ
перед топливами нефтяного
4.3 Сравнение биодизеля с дизельным топливом по экологическим характеристикам.
При сгорании любое органическое соединение образует оксид углерода и воду. В данном случае более экологичным будет считаться такое топливо, которое при сгорании образует меньше всего оксида углерода. Если с точки зрения эмиссии СО2 переход к более низкомолекулярному топливу в случае замены бензина на спирты вполне оправдан, то замена нефтяного дизельного топлива боле высокомолекулярным биодизелем не выдерживает никакой критики. Исходя из изложенного использование топлива растительного происхождения не избавит от эмиссии в атмосферу.
Токсичность
выхлопных газов двигателя
5. Недостатки дизельного топлива
Недостатками современных
- постоянный шум при работе мотора;
- существуют некоторые сложности по запуску дизельного двигателя в зимнее время года (автомобилисты пользуются следующими методами по облегчению запуска мотора зимой: использование синтетических масел, применение специальных присадок к двигателю и пр.);
- дороговизна сервисного обслуживания и ремонта дизеля.
Конечно, система питания дизельного двигателя намного сложнее и отличается от системы питания бензинового. Поскольку дизельное топливо в камеру сгорания подается под большим давлением, количество его очень мало, а вся схема питания делает двигатель более дорогим. Кроме того, дизельный двигатель с целью сохранения необходимого уровня безопасности изготавливают более прочным, нежели бензиновый, а значит, он и тяжелее.

- Одимость и возможность регулирования рынка труда на современном этапе развития рыночной экономики в России
- Один з шляхiв пiдвищення ефективностi роботи грохоту вiбрацiйного
- Один из семи металлов древности - железо
- Одиниці виміру, що використовуються в обліку
- Одиниці виміру, що використовуються в обліку
- Один мир, одна страна, одна дружба
- Одиноки ли мы во Вселенной?
- О Дезайне
- О деловом общении
- О демографической ситуации в Приморском крае в первом квартале 2012 года
- Одержання незаконної винагороди працівником державного підприємства установи чи організації Пр
- Одесский художественный музей в контексте исторической застройки г. Одессы
- Одеська національна ордена Дружби народів наукова бібліотека ім. М. Горького
- Одеяния священнослужителей белого духовенства. История происхождения и символическое значение