Дизельные топлива, получение, физико-химические показатели качества топлива

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение высшего  профессионального образования

"Мурманский государственный  технический университет"

 

 

 

Кафедра химии

 

 

 

 

Реферат

Дизельные топлива. Получение. Физико-химические показатели качества топлива.

 

 

 

 

Выполнил: Элюким П.С. 5 курс,СМФ

Проверила: Дякина Т.А. к.х.н.,доцент

 

 

 

 

 

Мурманск

2012

 

 

 

 

 

 

_{Введение}

 

По групповому составу дизельное топливо преимущественно  содержит парафиновые и нафтеновые углеводороды и лишь незначительное количество ароматических углеводородов,

Дизельные двигатели  по сравнению с карбюраторными обладают лучшей топливной экономичностью, удельный расход топлива у них примерно на 30% ниже, чем у карбюраторных двигателей.

Дизельное топливо  производится из отбензиненной нефти, благодаря чему увеличивается выход  из нефти жидких топлив, и обладает по сравнению с бензином лучшей физической и химической стабильностью, вследствие чего в равных условиях потери дизельного топлива при транспортировании, хранении и применении будут меньше, чем бензина.

Технико-экономические  требования к дизельным топливам носят тот же характер, что и  к бензинам.

Кроме того, к  дизельному топливу предъявляются  специфические требования, вытекающие из особенностей рабочего процесса дизельного двигателя.

Дизельное топливо  должно:

бесперебойно  поступать в цилиндры двигателя  при любых практически встречающихся  температурах и обеспечивать легкий пуск двигателя;

обеспечивать  хорошее распыливание и смесеобразование в цилиндрах двигателя;

легко воспламеняться и плавко сгорать, обеспечивая мягкую и бездымную работу двигателя;

образовывать  минимальное количество нагара, отложений  и не вызывать коррозии и коррозионных износов деталей, соприкасающихся  с дизельным топливом и продуктами его сгорания.

 

_{Физико-химические свойства}

 

Основные физико-химические свойства дизельного топлива, определяющие его эксплуатационные качества, приведены  в табл.8.

1. Свойства дизельного топлива, влияющие на безотказность работы двигателя, мощность и расход топлива, это прежде всего свойства, характеризующие надежность подачи дизельного топлива в цилиндры двигателя, качество горючей смеси., склонность к самовоспламеняемости, а также свойства, определяющие протекание процесса сгорания смеси.

Вязкость дизельного топлива характеризует его подвижность, величину внутреннего трения, взаимную силу сцепления молекул.

Для дизельного топлива указывается кинематическая вязкость. От вязкости топлива зависит качество его расплава в цилиндре дизели, дальнобойность струи, четкость начала и конца подачи топлива форсункой. Высокая вязкость топлива приводит к затруднениям при фильтрации, к перебоям подачи топлива насосом, ухудшению распыливания и неполному сгоранию. Отрицательно сказывается на работе двигателя и топливо с слишком малой вязкостью. В этом случае нарушается дозировка топлива вследствие его просачивания между плунжером и гильзой насоса высокого давления. Происходит также подтекание топлива через распыливающие отверстия форсунок и, как следствие, закоксовывание их. Кроме того, при слишком малой вязкости топлива дальнобойность его струи оказывается недостаточной вследствие чрезмерного распыливания. Поэтому топливо в основном сосредоточивается и сгорает вокруг форсунки вместо равномерного распределения по всей камере сгорания. Недостаточная вязкость приводит к неоднородности рабочей смеси, ухудшению процесса сгорания и перегреву форсунок, что может вызвать повышенный износ подвижных деталей, подающих топливо, и, прежде всего, плунжерной пары высокого давления, для которых топливо является одновременно и смазкой.

Кинематическую вязкость определяют капиллярным вискозиметром на основе замера времени истечения через его капилляр определенного количества испытуемой жидкости. Склонность дизельного топлива к образованию микрокристаллов парафина и льда характеризуется температурой помутнения. При этом помутнение из-за образовавшихся микрокристаллов льда начинается при температуре немного ниже 0°С, в то время как парафины могут давать помутнение и при более низких температурах.

Температурой застывания называется температура, при которой дизельное топливо загустевает настолько, что уровень его остается неподвижным в течение одной минуты при наклоне стандартной пробирки с топливом на 45°. Температура застывания является важнейшим показателем дизельного топлива и определяет возможность его использования при данной температуре воздуха. Минимальная температура воздуха должна быть на 10-15°С выше температуры застывания топлива. Температура помутнения и застывания дизтоплива определяется прибором.

Вода в дизельном  топливе может послужить причиной нарушения его подачи в цилиндры двигателя при низкой температуре. При плюсовых температурах вода с типом образует эмульсию, а при отрицательной она превращается в кристаллы льда, которые закупоривают топливные фильтры. ГОСТ на дизтопливо не разрешает присутствия в нем воды.

Механические примеси могут попасть в дизельное топливо при небрежном его хранении и заправке автомобилей. При этом наиболее опасны механические примеси в виде песка и глинозема, так как, попадая на стенки трущихся деталей, они образуют на них риски, царапины и подвергают ускоренному износу.

Фракционный состав косвенно характеризует испаряемость дизельного топлива. Топливо с облегченным фракционным составом легче испаряется. Но применять дизельное топливо со слишком облегченным фракционным составом нельзя, так как такое топливо состояло бы из углеводородов, плохо самовоспламеняющихся, и его вязкость могла бы оказаться недостаточной. Применение дизельного топлива с утяжеленным фракционным составом, вследствие плохой его испаряемости, приводит к несвоевременному воспламенению и плохому сгоранию, дымному выхлопу и ухудшению топливной экономичности. Такое топливо затрудняет, пуск холодного двигателя, особенно при низких температурах. Метод определения фракционного состава дизельного топлива принципиально не отличается от описанного метода определения фракционного состава бензина.

Самовоспламеняемостью называется способность дизельного топлива воспламеняться без источника зажигания. Самовоспламеняемость топлива оценивается цетановым числом, и от нее зависит протекание процесса-сгорания топлива в цилиндрах двигателя. Для нормальной работы двигателя необходимо, чтобы топливо самовоспламенялось и в дальнейшем энергично сгорало, вызывая интенсивное, но достаточно плавное нарастание давления. В этом случае будет иметь, место так называемая мягкая работа двигателя, т.е. не будет перегрузки его деталей, будет развиваться максимальная мощность и обеспечиваться необходимая топливная экономичность. Если же топливо самовоспламеняется не своевременно, а с запаздыванием, то это приводит к жесткой работе двигателя, напоминающей работу карбюраторного двигателя с детонацией. При жесткой работе детали двигателя работают с перегрузкой, что приводит к ускоренному их износу и даже поломкам, перерасходу топлива, дымному выхлопу и снижению мощности.

Цетановым числом топлива называется показатель его самовоспламеняемости, численно равный процентному (объему) содержанию цетана в такой его смеси с метил-нафталином,, которая равноценна данному топливу по самовоспламеняемости при испытании в стандартном двигателе. Цетановые числа дизельных топлив зависят от их химического и фракционного состава. Наиболее высокие цетановые числа у парафиновых углеводородов, более низкие - у нафтеновых, и самые низкие - у ароматиков. От величины цетанового числа зависят пусковые свойства дизельного топлива. У топлива с более высоким цетановым числом лучшая самовоспламеняемость и двигатель на нем лучше запускается. Цетановое число дизельного топлива может быть повышено с помощью высокоцетановых компонентов или специальных присадок.

Согласно техническим  условиям цетановое число у топлив должно быть не менее 45.

Интенсивность износа деталей. двигателя зависит от коррозионных свойств топлива, самовоспламеняемости и наличия в нем механических примесей. В зависимости от качества топлива интенсивность износа деталей двигателя может возрастать более чем в 2 раза. Из-за недостаточного качества топлива увеличиваются затраты на техническое обслуживание двигателя, так как появляется необходимость в проведении работ или же их приходится выполнять через более короткие межсмотровые пробеги.

Коррозионные свойства дизельных  топлив, как и бензинов, зависят от содержания в них серы и сернистых соединений, щелочей, минеральных и органических кислот Наиболее агрессивными являются активная сера, минеральные кислоты и щелочи. Поэтому их присутствие в дизельном топливе не допускается даже в незначительных количествах.

Кислотность характеризует содержание органических кислот в дизельном топливе и не должна превышать 5 мг КОН на 100 см³ топлива.

Содержание  водорастворимых кислот и щелочей  в дизельном топливе не допускается. В зависимости от содержания в дизельном топливе смолистых веществ и непредельных углеводородов проявляется его способность к образованию отложений и нагара в камере сгорания, на клапанах, форсунках и других деталях двигателя. Отложения нарушают нормальный режим работы двигателя (перегрев, ухудшение продувки и очистки от отработавших газов), приводят к ухудшению топливной экономичности и снижению мощности, Закоксование, например, распыливающих отверстий форсунки вызывает нарушение подачи топлива, а иногда обрыв головок форсунок. Причиной образования нагара могут также служить высокая вязкость и плохая испаряемость топлива.

Коксуемость выражается количеством в процентах образовавшегося твердого углистого остатка (кокса) после коксования навески топлива в специальном приборе. Коксуемость 10% остатка не должна быть больше 0,3% по всем маркам топлив.

Содержание золы определяется количеством в процентах остатка, образовавшегося после сжигания навески испытуемого топлива при помощи фитиля из бумажного обеззоленного фильтра и прокаливания твердого остатка до постоянного веса. Зола повышает нагарообразование в двигателе и может, попадая в масло, вызывать ускоренный износ. Техническими условиями содержание золы допускается не более 0,01% для всех марок дизельного топлива.

Температура вспышки ограничивает содержание в топливе наиболее легких фракций и характеризует его огнеопасность. Температура вспышки - это та наименьшая температура, до которой нужно нагреть дизельное топливо в закрытом тигле, чтобы его пары образовали с воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Температура вспышки должна быть не ниже 35°С для всех марок дизельного топлива.

_{2. Марки дизельного топлива и их применение}

При выборе сорта  топлива для судовых дизелей  учитывают: 
- стоимость топлива; 
- конструкцию двигателя (частоту вращения, способ смесеобразования); 
- конструкцию топливной системы (наличие систем подогрева и очистки топлива, отдельных систем для использования легких и тяжелых сортов топлива, особенности топливной аппаратуры); 
- режим работы двигателя. 
    Учитывая многообразие судовых дизелей, разнообразие их эксплуатационных режимов, определяемых назначением судов, конструктивные различные особенности топливных систем, отечественная нефтеперерабатывающая промышленность выпускает несколько сортов топлива. В зависимости от способа получения и физико-химических свойств эти сорта можно разбить на дистиллятные и тяжелые. 
К группе дистиллятных относятся дизельные и газотурбинные топлива. 
    Дизельные топлива получают из керосиногазойлевых фракций прямой перегонки и крекинга нефти. В судовых дизелях могут быть использованы несколько марок дизельных топлив. 
Топливо для быстроходных дизелей: 
- ДА — дизельное арктическое; наиболее легкое из дизельных топлив; имеет наиболее высокое цетановое число; предназначено для использования при температуре окружающего воздуха ниже -30° С; 
- ДЗ — дизельное зимнее; предназначено для использования при температуре окружающего воздуха выше —30° С; 
- ДЛ — дизельное летнее; предназначено для использования при температуре окружающего воздуха выше 0° С; 
- ДС — дизельное специальное. 
Топливо автотракторное  А — арктическое; 
3—зимнее; Л—летнее; С—специальное; применяются в условиях, соответствующих использованию марок ДА, ДЗ, ДЛ, ДС. 
Топливо для транспортных тепловозных и судовых дизелей марок ТЛ, ТЗ. 
     Газотурбинное топливо  получают в процессе замедленного коксования. Так как при этом в качестве сырья используют остаточные продукты переработки нефти, то его стоимость получается относительно низкой. 
    Малая вязкость и низкая стоимость газотурбинного топлива позволяют использовать его вместо дизельного в малооборотных двигателях на маневрах и в среднеоборотных — на всех режимах. 
   Однако, являясь продуктом вторичной переработки нефти, газотурбинное топливо по качественным показателям значительно уступает дизельному и моторному и обладает недостатками, затрудняющими его широкое применение: повышенной температурой застывания, низким цетановым числом, склонностью к значительному нагарообразованию и отложению смолистых составляющих. 
    Основным критерием для классификации тяжелых топлив является вязкость, в зависимости, от которой топлива можно разделить на средневязкие и высоковязкие. 
    К топливам средней  вязкости относятся:  моторное ДТ , представляющее собой смесь мазута с керосиногазойлевыми фракциями; предназначено для использования как в малооборотных, так и среднеоборотных дизелях. Более высокая вязкость и более низкое качество по сравнению с дизельным топливом требуют предварительного подогрева и более тщательной очистки моторного топлива перед подачей в цилиндры.     Дополнительные затраты на подогрев и очистку наряду с относительно высокой стоимостью ограничивают применение моторного топлива областью среднеоборотных дизелей. В установках  со среднеоборотными дизелями, топливная система которых не оборудована подогревом, вместо моторного топлива применяют маловязкое газотурбинное.

Показатели  топлив в зависимости от условий  применения приведены в табл.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1. Основные показатели дизельных топлив в зависимости от условий применения

	Марки1
Показатели	Л	3	А
			Аркти -
	летнее	зимнее
			ческое
Фракционный состав:
50% перегоняется при температуре,	.280	280	255
°С, не выше
96% перегоняется при температуре	360	340	330
(конец перегонки). °С, не выше
Температура самовоспламенения, "С	300'	310 -	330
Массовая доля серы% в топливе
вида!	0; 2	0,2	0,2
II, не более	0,4	' 0,5	0,5
Массовая доля меркаптановой серы,%", не более	0,01	0,01	0,01

 

Техническими  требованиями; не допускается содержание сероводорода и водорастворимых кислот и. щелочей.

В - зависимости от содержания массовой доли серы установлено 3 вида дизельных топлив:

I - массовая доля серы - не более 0,05%,;

II - массовая доля серы - не более 0,1%;

III - массовая доля серы - не более 0,2%. .

Основные способы  получения топлив

Принципы  получения топлив Получение топлив для двигателей внутреннего сгорания - сложный процесс, включающий получение  первичных его компонентов, их смешивание и улучшение присадками до товарных показателей качества в соответствии с требованиями стандартов. Первоначальным сырьем топлив традиционно является нефть.

Различают две группы способов переработки  нефти с целью получения топлив и смазочных материалов:  
1) способы, не изменяющие индивидуальных углеводородов;  
2) способы термокаталитической деструкции индивидуальных углеводородов.

В первую группу входят процессы прямой перегонки, т. е. разделение нефти на отдельные  фракции в зависимости от температуры  их кипения. Перегонка нефти (дистилляция) - процесс, обязательный для получения  естественных фракций бензина, дизельного топлива и других содержащихся в  нефти фракций.