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 дизельного  топлива	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 влияние	10
3.4 Содержание серы и воды	10
4. Преимущества в использовании дизельного топлива по сравнению бензином	12
4. Биодизель как альтернатива обычному  дизельному топливу	15
4.1 Сравнение биодизеля с дизельным  топливом по физико-химическим  характеристикам	15
4.2 Сравнение биодизеля с дизельным  топливом по эксплуатационным  характеристикам.	17
4.3 Сравнение биодизеля с дизельным  топливом по экологическим характеристикам.	17
5. Недостатки дизельного топлива  и способы их устранения	19
6. Присадки к  дизельным топливам	20
7. Современные перспективы в развитии  производства дизельного топлива	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 топлива

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 потребления  бензинов и дизельных топлив будет  изменяться в сторону последних. В связи с этим проблема повышения  качества дизельного топлива является весьма актуальной.

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 происхождения.

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 оказывает  решающее влияние на процесс сгорания топлива. Оно характеризует максимальное значение цикла, экономичность и  жесткость работы дизеля. В случае низкого цетанового числа используемого  топлива значительно ухудшаются динамические показатели цикла, а следовательно, и дизеля в целом. Цетановое число определяет не только характер процесса сгорания при установившейся работе, но и пусковые качества топлива. Если оно ниже 40 единиц, запустить холодный двигатель не только в холодное, но и в теплое время года трудно. Нормальный пуск и мягкая работа дизелей в летнее время обеспечиваются топливом с цетановым числом около 45 единиц, в зимнее — 50 единиц. Более высокие значения цетанового числа для двигателей существующих конструкций не нужны, так как повышение уже не сказывается заметно на улучшении процесса сгорания.  

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 насосов, что требует применения в их составе  противоизносных присадок. Вязкость топлива зависит от его углеводородного  состава, в связи с чем варьирируется  в широких пределах.

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.