О дизельном топливе и об альтернативе ему

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 топлива  по сравнению с бензином

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 зажигания  является очевидным преимуществом  для всех типов двигателей, на лодках или на строительной технике увеличивается  надёжность, а также меньше уровень  токсичных выбросов в выхлопных  газах, что даже более важно. Дизельный  двигатель также выдает высокий  крутящий момент в широком диапазоне  оборотов, что делает автомобиль с  дизельным двигателем более «гибким» в движении, чем такой же автомобиль с бензиновым двигателем. Это является преимуществом также и в двигателях морских судов, так как высокий  крутящий момент при низких оборотах делает более легким эффективное  использование мощности двигателя. Это также помогает передвигаться  в городских пробках и в  пробках на трассе на холостых оборотах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Биодизель  как альтернатива обычному дизельному  топливу

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 топливом  по физико-химическим характеристикам.

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 магисталей и системы питания двигателя  внутреннего сгорания и камер  сгорания, ухудшению испарения топлива  в процессе образования топливовоздушной смеси и прочим негативным последствиям.

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 происхождения. [8]

 

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 внутреннего  сгорания не зависит от происхождения  топлива, так как любое органическое топливо может полностью окислить, но в значительной степени зависит  от режима его сгорания. Единственным на сегодняшний день неоспоримым  фактом, свидетельствующим в пользу использования биотоплива, является отсутствие в нем серы, поскольку  растительные организмы ее практически  не усваивают. [9]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Недостатки дизельного топлива

Недостатками современных дизелей  также являются:

• 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.