На что влияет фракционный состав дизельного топлива

Что такое дизельное топливо: состав, производство, характеристики и применение

К самым востребованным нефтепродуктам относится дизельное топливо (ДТ, дизтопливо). Применяется в качестве горючего во многих сферах. Ввиду экономичного расхода по спросу не уступает, а иногда даже превосходит бензин. В связи с этим предлагаем подробнее изучить, что такое дизельное топливо, из чего и как его производят, а также марки и сферы применения.

Состав дизельного топлива

Если рассматривать, из чего делают дизельное топливо, то однозначно можно сказать – из нефти. В составе продукта смесь углеводородов:

Дополнительно дизтопливо может содержать смолы, соединения серы, вода, механические примеси, а также красители (кроме зеленого и голубого) и вещества-метки. Допускается добавление присадок, но не металлосодержащих (не касается антистатических). Конкретный химический состав зависит от ряда факторов:

На что влияет состав дизельного топлива

Содержание углеводородов и других веществ влияет на свойства и особенности применения дизтоплива:

Технология производства дизельного топлива

Дизтопливо – это вязкая жидкость цвета, который зависит от количества смол в составе. Оттенок может быть от желтого до светло-коричневого. Горючее получают путем перегонки нефти. Сырье нагревают до нужной температуры, и из него выкипают определенные фракции, не только дизельные.

Газойлевые и керосиновые фракции – то, из чего преимущественно состоит дизельное топливо. Для них характерны высокие температуры кипения – 180-360 °C. Для каждой марки дизтоплива установлены температурные значения выкипания:

Указанные температуры характеризуют фракционный состав дизельного топлива, установленный п. 5.2 ГОСТ 305-2013. Фракции определяют в соответствии с ГОСТ ISO 3405-2013. Не допускается, чтобы температуре перегонки была ниже 200 °C и выше 360 °C. Знать фракционный состав важно, поскольку это помогает определить, насколько качественно будет сгорать топливо, какой будет токсичность отработанных газов и степень дымности.

Установка для производства дизельного топлива

Если говорить о том, как получается дизельное топливо, то можно выделить следующие основные этапы:

Как работают ректификационные колонны

Здесь нужно сказать, что такое гидродизельное топливо. Оно представляет собой гомогенизированную (однородную) водотопливную эмульсию (ВТЭ), применение которой помогает уменьшить выбросы в атмосферу вредных веществ NO и CO и повысить коэффициент сжигания топлива.

Какие виды дизельного топлива существуют

Дизтопливо классифицируется по сезону, когда его рекомендовано использовать. Разница заключается в максимальной температуре, до которой применение нефтепродукта не приводит к засорению топливной системы из-за кристаллизации. Если говорить о том, какие марки дизельного топлива выпускает наша промышленность, то это будут:

Зимнее дизтопливо можно получить путем добавления в летнее специальных депрессорных присадок, которые снижают температуру застывания и незначительно влияют на температуру предельной фильтруемости. Самый дорогой способ получения арктического топлива – депарафинизация летнего, т. е. очищение от парафинов, выступающих причиной кристаллизации при низкой температуре окружающей среды.

Какие виды дизельного топлива бывают по экологичности:

Дополнительно дизтопливо классифицируется на экологические классы, зависящие от содержания серы:

Основные характеристики дизельного топлива

Теперь ответим на вопрос, чем характеризуется дизельное топливо. К главным параметрам горючего относятся:

Цетановое число

Если для бензина основная характеристика – октановое число, то для дизельного топлива – цетановое. В бензиновом двигателе воспламенение происходит от искры, а в дизеле – от силы сжатия. Оба числа отражают, насколько быстро топливовоздушная смесь воспламеняется в цилиндрах двигателя. По-простому это задержка по времени между поступлением смеси в цилиндры и ее зажиганием от сжатия.

Цетановое число варьируется в пределах 40-55, оптимальное значение составляет 48-51, а минимальное рекомендованное в соответствии с п. 5.2 ГОСТ 305-2013 для всех марок равно 45. При значении менее 40 горючее считается некачественным. Двигатель в таком случае будет работать нестабильно, что проявится в падении мощности и детонации. Повышенное цетановое число – тоже не норма. При уровне более 60 топливовоздушная смесь просто не успевает сгорать в цилиндрах, что ведет к повышенному расходу и увеличению дымности выхлопов.

В Европе цетановое число должно быть не менее 54-56, а в России стандарты менее строгие, допускают использование топлива с числом 45 (для зимнего ДТ). Метод испытания для определения показателя должен отвечать требованиям ГОСТ 32508-2013.

Как цетановое число определяет степень воспламеняемости

Плотность

Показатель плотности определяет объем топлива в генераторе. При достаточной плотности горючее способствует большему выделению тепловой энергии. Нормативные значения для дизтоплива при 15 °C составляют не более:

Кинематическая вязкость

Под вязкостью понимают способность топлива противостоять перемещению одного слоя относительно другого. В технических характеристиках обычно указывается кинематическая вязкость. От нее зависит то, насколько результативным будет распыление топлива. Если вязкость превысит установленную норму, то горючее будет распыляться некачественно. В результате повышается риск преждевременного износа и увеличенного истирания деталей.

Значения вязкости при 20 °C для разных видов дизельного топлива по ГОСТ 305-2013:

Температура вспышки в закрытом тигле

Безопасность использования дизтоплива определяется температурой вспышки. В соответствии с ГОСТ 305-2013 она ограничивается следующими значениями:

Массовая доля серы

Содержание серы в разных видах нефтепродуктах сегодня строго нормируется. Это связано с усиленной борьбой за экологию. Сера опасна для окружающей среды, а также приводит к образованию коррозии, повышенному нагару и износу внутренних элементов двигателя и топливной системы.

Массовая доля сернистых соединений ограничивается 2000 мг/кг. Но при производстве дизтоплива нужно учитывать, что при слишком низком уровне серы горючее теряет свои смазочные свойства. В таком случае в состав топлива обязательно добавляются специальные смазывающие присадки.

Зольность

При сгорании топлива образуется зола, содержащая минеральные вещества. Попадая в места между трущимися деталями, она вызывает усиленный износ. Особую опасность представляет кварц, приводящий к абразивному износу прецизионных элементов топливного насоса и форсунок. По этой причине уровень зольности тоже ограничивают. Для дизтоплива она составляет не более 0,01%.

Кислотность

По ГОСТ 305-2013 кислотность KOH на 100 см3 составляет не более 5 мг. Это важно, поскольку кислоты приводят к коррозии деталей двигателя и топливной системы. Подобный процесс вызывают минеральные кислоты и щелочи, используемые при производстве дизтоплива. Их нельзя удалить полностью, поэтому количество подобных веществ ограничивают.

Содержание воды

Вода в составе дизельного топлива содержится во взвешенном состоянии и в виде эмульсии. Капельки заполняют поры хлопчатобумажных фильтров, прекращая доступ топлива к насосу. При снижении температуры до уровня ниже 0 °C вода замерзает, и мелкие кусочки льда тоже забивают фильтры и топливопроводы.

В связи с этим максимальное содержание воды по ГОСТ 305-2013 составляет 200 мг/кг. Превышение этого показателя приводит к тому, что вода отслаивается и собирается в нижней части, поскольку имеет более высокую плотность. Из-за образования водяной пробки в магистрали блокируется работа двигателя.

Предельная температура фильтруемости

Предельная температура фильтруемости определяется в соответствии с ГОСТ 22254-92 и ГОСТ EN 116-2013. По ГОСТ 305-2013 показатель составляет:

Как определяют предельную температуру фильтруемости

Для районов с умеренным климатом установлена классификация дизтоплива на сорта с разной предельной температурой фильтруемости:

Для районов с холодным климатом горючее разделяется на другие классы, различающиеся температурой помутнения и предельной температурой фильтруемости. К зимним маркам относятся классы 0-3, к арктическим – 4.

Источник

Состав дизельного топлива

Дизельное топливо — горючее для сельскохозяйственной техники, строительных машин,
автомобилей, судов и тепловозов, оно представляет собой продукт нефтяной переработки.
Начиная с 1991 г., требования к химическому и фракционному составу продолжают
ужесточаться. Это вызвано не только тем, что некачественное топливо приводит к быстрому
износу транспорта. Ежегодный объем выбросов сгоревших элементов ДТ наносит вред
окружающей среде.

Вязкость

Показатель вязкости определяет температурные условия использования топлива. Исходя из
этого, выделяют летний, зимний и арктический виды горючего с нормами содержания 3-6,
1,8-5 и 1,5-4 мм2/с.

С другой стороны, маловязкое топливо отрицательно влияет на износ деталей насосов, т.к.
провоцирует подтекание форсунок. Это способствует образованию нагара. Поэтому такой вид
ДТ требует добавления противоизносных присадок.

Независимо от того, какая вязкость горючего, продукты распада использованного продукта
попадают в атмосферу и наносят экологический вред. Чтобы снизить отрицательное
воздействие выхлопов, производители занимаются разработкой систем очистки отработанного
топлива, устанавливают фильтры, на которые оседает сажа, вводят нейтрализующие вещества.

Основной химический состав дизельного топлива

Основу дизельного горючего составляют 3 группы элементов:

1. Парафиновые углеводороды. Это алканы и нефтяные парафины, производные которых
присутствуют в метане, пропане и нефти. Их содержание 10-40%.
2. Нафтеновые углеводороды встречаются в виде циклогексана и циклопентана, занимают
20-60% общего состава ДТ. Не присутствуют в газообразных веществах.
3. Ароматические углеводороды. Занимают 15-30% в конечном продукте.

На качество влияют и механические примеси, вода, смолистые и сернистые соединения.

Фракционный состав

С помощью данных о фракционном составе дизельного топлива производят расчет времени
перехода горючего из жидкого состояния в газообразное под воздействием высокой или
низкой температуры.

Чем меньше фракций и выше температура кипения, тем быстрее происходит испарение. Это
означает, что такое топливо рекомендуется использовать для двигателей тепловозов. Если
применять облегченный фракционный состав в других моторах, это может привести к
быстрому износу компонентов моторной системы. Снижается цетановое число, провоцируя
нарастание давления в клапанах.

Если утяжелить горючее путем добавления фракций, смесь будет образовываться медленно, а
во время испарения останутся капли жидкости. Они не сгорят, а осядут, образуя нагар и
закупоривая форсунки. Мощность дизеля уменьшится, а потребление ДТ возрастет.

Механические примеси дизельного топлива

Сернистые нефти являются сырьем для производства ДТ. Процесс очистки от серы сложный и
дорогостоящий. Однако повышенное содержание этого элемента приводит к уменьшению
срока эксплуатации технического оборудования и транспортных средств.

И активные, и неактивные сернистые соединения вызывают коррозию металла. Нужно
учитывать, что современные модели дизелей более склонны к окислению и образованию
нагара. Поэтому в моторное масло нужно добавлять моющие присадки и менять его чаще, чем
в старых образцах ДВС.

Опасность представляет и конденсат, образующийся при запуске и прогреве мотора, поскольку
он приводит к скоплению воды, которой в топливе быть не должно.

Следует избегать работы двигателя при перепадах температур, частого использования
холостого хода, что бывает характерно для тепловозов и других ДВС большого объема. Такие
условия увеличивают расходы на эксплуатацию и количество ремонтов оборудования в
несколько раз.

Причиной появления примесей может стать неправильное хранение и транспортировка
горючего. Чтобы избежать необходимости применения большого количества присадок, нужно
придерживаться следующих рекомендаций:

Свойства ДТ при низких температурах

Чтобы уменьшить температуру, при которой топливо становится вязким, в его состав включают
тяжелые фракции углеводорода. Больше всего таких примесей в арктической марке топлива.

Средневязкое топливо сохраняет текучесть при низких температурах. Это означает, что
рабочий процесс в двигателе будет экономичным и эффективным.

Коррозийность топлива

Коррозионное воздействие на ДВС совершается соединениями серы. Имеются в виду
сульфиды, дисульфиды, меркаптаны, тиофаны и т.д.

По европейским нормам, количество серы не должно превышать 0,001% (ультранизкое
содержание). При таком показателе нужно добавлять в состав антифрикционные присадки,
которые предотвращают стирание деталей. Такие действия предпринимают, поскольку
смазочные свойства топлива снижаются в подобных условиях.

На территории РФ действуют нормы от 0,15 до 5-7%, требующие введения присадок,
компенсирующих вредное воздействие серы.

Коррозия может быть и газовой. Она образуется вследствие действия высокой температуры,
возникающей при сгорании сернистого и серного ангидридов. Не исключается
низкотемпературная коррозия, к которой приводят накопления водорастворимых кислот в
масле.

Для их нейтрализации используется водонерастворимый едкий натр (КОН). Его применение
ограничивается 5 мг на 100 мл ДТ.

От чего зависит химический состав дизельного топлива

Поскольку ДТ — это нефтепродукт, его химический состав может изменяться в зависимости от
внешних факторов:

На что влияет состав ДТ

Одной из важнейших характеристик, на которую влияет состав ДТ, является показатель
цетанового числа. Он дает информацию о том, насколько быстро происходит воспламенение
горючей смеси. Чем выше число, тем более плавно проходит процесс.

На количество единиц влияет соотношение углеводородов. Чем больше парафиновых
углеводородов, тем выше цетановое число. Если становится больше ароматических элементов,
оно снижается.

Если показатель меньше 40, это приводит к тому, что вследствие задержки воспламенения
повышается давление. Это отрицательно сказывается на износе оборудования.

Чтобы избежать этого, в ДТ добавляют легковоспламеняющиеся фракции. К таким присадкам
относятся нитросоединения, перекись углеводородов, синтин. Вводят их с помощью установки
типа УСБ, которая смешивает ДТ и цетаноповышающие присадки. Гарантийный период, в
которой можно не опасаться расслоения, — 180 дней.

Виды топлива, в которых цетановое число 45-51, считаются премиальными. При их горении
выделяется малое количество дыма, благодаря чему снижается экологический вред от
применения дизелей.

Если число свыше 60 единиц, дымность увеличивается, т.к. не все элементы сгорают.
Повышается расход топлива.

Состав горючего влияет и на все прочие характеристики:

1. Температура кипения и застывания. Чем холоднее погода, тем больше углеводородных
фракций требуется в топливе. Используются депрессионные присадки, не влияющие на
температуру помутнения. Это подходит не для всех видов двигателей.
2. Долговечность работы двигателя. Чем меньше нафтановых углеводородов и смол,
водорода и других примесей, тем более щадящим будет эксплуатация мотора.
3. Испаряемость. Становится выше, когда смолистых соединений меньше.
4. Химическая стабильность — способность не окисляться при длительном хранении.

Экологические требования к дизельному топливу

В последнее десятилетие 20 в. наметилась тенденция ужесточения экологических требований.
Отечественные нормы содержания серы, цетанового числа и фракционного состава ниже
европейских.

Вязкость топлива за рубежом рассчитывается, принимая в расчет температуру +40°С, и
составляет 2,0-4,5 мм2/с. Содержание сернистых соединений постепенно снижено до 0,001%. В
РФ действует прежняя норма 0,2%.

Массовая доля ароматических углеводородов не должна превышать 10% для соответствия
требованиям экологической безопасности. Однако способы перегонки нефти, применяемые на
территории России, позволяют не выходить за пределы 23-28%.

Норма цетанового числа в Европе — 51, РФ — 45, а для СТБ 1658-2006 — 49. Ассоциация
европейских автомобильных компаний внесла предложение утвердить показатель 58.

Фракционный состав для большинства видов достигает +360°С и совпадает с европейской
нормой.

Как работает мочевина в двигателе

Для того чтобы снизить вред, который наносят окружающей среде выхлопы дизтоплива, была
разработана система очистки. Одним из компонентов, благотворно влияющим на состав
дизеля, является мочевина. Благодаря ей удается удерживать уровень токсичности
отработанных веществ в соответствии с нормами Евро-4, Евро-5 и Евро-6.

Объяснить принцип работы можно на примере технологии Bluetec. Раствор AdBlue заливается
в отдельный бак. Система впрыска обеспечивает подачу в выпускную трубу. В качестве
мочевины для обработки состава дизеля использован карбамид.

Смесь выхлопных газов и аммиака попадает в нейтрализатор и подвергается воздействию
температуры +300°С и нейтрализующего слоя. При данных условиях возникает химическая
реакция, которая приводит к разложению азотистых соединений на азот и воду. Прочие
токсичные элементы также сгорают.

Данная система очистки имеет ряд преимуществ:

1. Безвредность. Это избавляет от необходимости уменьшать мощность двигателя, т.к. все
выхлопы разлагаются на органические вещества.
2. Соответствие европейским стандартам, что позволяет избегать расходов, связанных с
повышенным налогообложением и штрафами на территории вне РФ.
3. Экономное расходование. Средний показатель — 1л/1000 км. Если объем двигателя
большой, то на 1000 км понадобится 20 л нейтрализатора.
4. Доступность реагента. В продаже мочевина имеется в готовом виде. Можно приобрести и
органический, и искусственный раствор, расфасованный по 20 л. Стоимость 1 канистры —
7-10 евро.

Источник

Дизельная технологическая фракция (ДТФ)

Дизельная технологическая фракция (ДТф) – горючая субстанция, получаемая при переработке нефти. Используется как топливо для двигателей и отопительных систем.

Фракционный (химический) состав, плюсы и отличия от дизеля

Дизельная технологическая фракция представлена светло-желтой жидкостью с маслянистой структурой. В составе присутствуют разные фракции, которые перегоняются при разных показателях температуры:

Плотность технологической фракции составляет от 840 до 890 кг/м3. К плюсам ДТф относится следующее:

По ГОСТу 305-82 (на сегодня уже не действует) ДТф была аналогом дизельного топлива. Главным отличием между ними выступает количество серы. В качественном дизельном топливе ее концентрация не превышает 10 мг/кг. ДТф может содержать до 10000 мг/кг. Повышенное содержание серы негативно сказывается на окружающей среде, что обусловлено вредными выбросами.

Отличия дизельной технологической фракции от дизельного топлива:

По степени опасности ДТф относится к умеренно опасной категории, поскольку при переработке не выделяет в воздух взрывоопасные вещества.

Способы получения

ДТф производят на заводах по нефтепереработке. Способ получения – перегонка нефти с дальнейшим соединением дистиллятных (перегоняемых) фракций. Их нагревают до разной температуры, а сырье, получаемое на выходе после выкипания, соединяют в одну фракцию. В результате получается ДТф. Иногда при производстве в процесс перегонки включаются газойлевые фракции, а также присадки, которые улучшают свойства готового нефтепродукта.

Способы (область) применения

Будучи энергоемкой, недорогой и эффективной, ДТф применяется как аналог светлого печного, судового маловязкого и дизельного топлива. Отсюда можно понять, с какой целью используют ДТф:

На ДТф работают высоко- и среднеоборотистые двигатели газотурбинных установок, водного транспорта и некоторых видов техники в сельском хозяйстве. Главное – перед использованием изучить спецификацию к двигателю, чтобы убедиться, что он может работать на ДТф. Ее плюс заключается в том, что двигатель можно запустить после долгого простоя, не прибегая ни к какой подготовке. В сочетании с низкой предрасположенностью к появлению нагара это сокращает время на эксплуатационное обслуживание. Его можно проводить гораздо реже.

Особенности транспортировки и хранения

При перевозке и хранении ДТф необходимо соблюдать особые условия и предельную осторожность. Нефтепродукт хранят в специальных резервуарах, а перевозят автомобильным транспортом – автоцистернами, которые поддерживают определенный температурный режим.

Регламентирующие документы (ГОСТы, ТУ)

Дизельная технологическая фракция производится по техническим условиям. Самым распространенным документом, используемым при изготовлении, выступает ТУ 38.101567-2014.

Источник

Дизельное топливо

Дизельное топливо (ДТ) – это нефтепродукт, используемый как топливо для ДВС, т. е. двигателей внутреннего сгорания. Является одним из самых известных и востребованных среди существующих сегодня. ДТ получают при первичной переработке нефти после отгона из нее определенных фракций.

Фракционный (химический) состав, особенности и характеристики дизельного топлива (ДТ)

Традиционно дизельное топливо представляет собой комбинацию газойлевых и керосиновых фракций нефти. В основе нефтепродукта смесь углеводородов, выкипающих при температуре 180-360 °C. В зависимости от вязкости выделяют 2 вида дизтоплива:

Цетановое число

Качество горючего отражает цетановое число. Этот показатель отражает время, которое происходит до возгорания топливной смеси в двигателе. Для легковых автомобилей число должно быть не менее 42, для тяжелой техники – от 48. Слишком высокие показатели (больше 60) не рекомендованы. Топливо не успевает сгореть, что ведет к дымным выхлопам и повышенному расходу.

Марки топлива

Дизтопливо классифицируется на несколько видов:

Основная разница между указанными видами заключается в температурных показателях. Зимнее топливо дороже, но оно необходимо, поскольку летнее дизтопливо зимой просто загустевает. Во всех перечисленных марках не должна содержаться вода, поскольку водяная пробка в магистрали приводит к остановке работы двигателя.

Характеристики летних марок:

Характеристики межсезонных марок:

Характеристики зимних марок:

Характеристики арктических марок:

Способы получения дизельного топлива (ДТ)

Для получения дизельного топлива нефть подвергают переработке с использованием ректификационных колонн, где она нагревается до нужной температуры и делится на фракции. Дизельная фракция – около четвертой части – получается при нагреве до 180-360 °C. Остальное получают в результате крекинг-процессов с катализаторами в виде металла, водорода или температуры. На этапе крекинга получают до 80% объема дизельного топлива. В конце его подвергают щелочной очистке от примесей.

Способы (область) применения и виды

Дизтопливо используют в качестве горючего для транспорта:

В тихоходных агрегаторах часто используют один из аналогов дизельного топлива – соляровое масло (в народе «солярка»). Их часто сравнивают между собой, но солярка – отдельный нефтепродукт, выступающий лишь частью дизтоплива.

Использование солярового масла в ДВС не слишком эффективно, но ввиду невысокой стоимости его активно применяют в быту, строительстве и на производстве. Солярка может использоваться как горючее на котельных. Дополнительно она применяется для пропитки кожи, в обработке металла, а также как смазочно-охлаждающее средство или закалочная жидкость.

Особенности транспортировки и хранения

Дизельное топливо транспортируют по правилам перевозки опасных грузов. Используется водный, воздушный, железнодорожный и автомобильный транспорт. Последний считают наиболее удобным и доступным. Для перевозки используют автоцистерны вместимостью до 1500 л.

Регламентирующие документы (ГОСТы, ТУ)

Дизельное топливо ЕВРО производится в соответствии с ГОСТ 32511-2013 (EN 590:2009), а обычное – по ГОСТ 305-2013.

Источник