Жидкое топливо

1. Жидкое топливо

Чаще всего, под топливом понимают вещество, способное  гореть при наличии окислителя (например, дрова или дизельное топливо). В таком случае, смесь топлива  с окислителем образует взрывчатое вещество. Тепловой двигатель может  преобразовывать тепловую энергию топлива в кинетическую. Существует также ядерное топливо — вещество, выделяющее большое количество тепла в результате реакций распада или объединения ядер атомов.

К жидкому топливу относятся 

- нефтепродукты, производящиеся  путем перегонки сырой нефти;

- креозот, являющийся  продуктом низкотемпературного  коксования и возгонки угля;

- синтетические масла,  образующиеся в результате сжижения  угля;

- прочие виды жидкого  топлива, например, производящиеся  из растений (картофель, рапс и  т.д.)

Просты в транспортировке, но при этом велики потери при испарении, разливах и утечках.

1. Состав, свойства продуктов переработки нефти

Нефть образовалось миллионы лет назад в осадочных  породах из останков животных и растений в результате воздействия высоких  температур и частично бактерий. Сырая нефть обычно добывается путем бурения.  С точки зрения химического состава природная нефть представляет собой смесь различных углеводородов (парафин, олефин, ароматический углеводород и т.д.). Она обрабатывается посредством фракционной перегонки (с выделением отходов перегонки) до получения легкой, средней и тяжелой фракций нефти или подвергается процессу крекинга, при котором более крупные молекулы углеводорода разделяются на более мелкие части при нагревании под давлением.

Легкая фракция  нефти, в особенности бензин, с  температурой кипения от 50 до 200 ºС, состоит преимущественно из парафина и ограниченного количества углеводородов.

Средняя фракция  нефти, подразделяется на бензин (температура  кипения от 200 до 250 ºС) и газойль (температура кипения от 200 до 350 ºС). Газойль в прошлом использовался в качестве сырья для производства нефтепродуктов, а сегодня применяется в основном как дизельное топливо. К данной фракции также принадлежит сверхлегкие  нефтепродукты, используемые для отопления.

Тяжелая фракция  нефти (температура кипения свыше 350 oС) используется в основном как  смазочный материал, а также в  качестве топлива на тепловых электростанциях  и горючего для машин, работающих на тяжелом топливе.

Креозоты, продукты перегонки мазута не применяются в первичных  источниках тепловой энергии. Мазут образуется при перегонке, коксовании и низкотемпературном коксовании  нефти. Использование технологий перегонки, крекинга и гидрирования позволяет выделить из него  легкие, средние и тяжелые фракции (бензин, дизельное топливо, топливо для котельных) 

Синтетические масла, полученные из битумов и бурого угля, а также из отходов переработки  сырой нефти пока не используются как жидкое котельное топливо, однако в будущем они могут получить более широкое применение. Синтетические масла производятся, к примеру, при ожижении угля в высокотемпературных реакторах.

Мазут (жидкое котельное  топливо), как правило, является продуктом  перегонки сырой нефти. Важно  понимать различие между сланцевым топливом, минеральным топливом и  жидким топливом из бурого угля при их применении для различных видов отопительных котлов. Сверхлегкий топливный мазут наиболее важен как  первичный источник энергии, то же самое относится к тяжелому топливному мазуту, использующимся в промышленности. Легкие и средние мазуты практически уже не применяются.

Отработанные  газы, образующиеся при сжигании топливного мазута, содержат большое количество углекислого газа и воды. В таблице 4.4 приведены минимальные требования к топливному мазуту, с указанием содержания серы, воды, удельной теплотворной способности и количества производимого шлака.

2. Бензин, дизельное топливо. Назначение, состав, свойства

Бензи́н — горючая  смесь лёгких углеводородов с  температурой кипения от 30 до 200 °C. Плотность около 0,75 г/см³. Теплотворная способность примерно 10 500 ккал/кг (46 МДж/кг, 34,5 МДж/литр). Температура замерзания ниже −60 °C в случае использования специальных присадок.

Бензин получают путем возгонки и отбора фракций  нефти, выкипающих в определенных температурных пределах; до 100 °C — бензин I сорта, до 110 °C — бензин специальный, до 130 °C — бензин II сорта, до 265 °C — керосин («метеор»), до 270 °C — керосин обыкновенный, примерно до 300 °C — производится отбор масляных фракций. Остаток считается мазутом.

В конце XIX века бензин не находил лучшего применения, чем антисептическое средство (продавался в аптеках) и топлива для примусов. Зачастую из нефти отгоняли только керосин, а все остальное, включая  бензин, либо сжигали, либо просто выбрасывали. Однако с появлением двигателя внутреннего сгорания, работающего по циклу Отто, бензин стал одним из главных продуктов нефтепереработки, хотя по мере распространения дизельных двигателей благодаря их более высокому КПД на первый план выходит дизельное топливо.

Бензин применяется  как топливо для карбюраторных  и инжекторных двигателей, высокоимпульсное ракетное топливо (Синтин), при производстве парафина, как растворитель, как  горючий материал, сырье для нефтехимии прямогонный бензин или бензин газовый стабильный (БГС).

Бензин - представляет собой смесь углеводородов состоящих  в основном из предельных 25-61 %, непредельных 13-45%, нафтеновых 9-71 %, ароматических 4-16 % углеводородов с длиной молекулы углеводорода от C 5 до C 10 и числом углеродных атомов от 4-5 до 9-10 со средней молекулярной массой около 100Д.  Так же в состав бензина могут входить примеси - серо-, азот- и кислослородсодержащих соединений .

        Бензин - это самая легкая фракция  из жидких фракций нефти. Эту  фракцию получают  в числе  разных процессов возгонки нефти. По этому от фракционного состава бензинов зависят легкость и надежность пуска двигателя, полнота сгорания, длительность прогрева, приемистость автомобиля и интенсивность износа деталей двигателя. Фракционный состав бензинов определяется согласно ГОСТа 2177-82 .                                                                                                                                                                                        

Легкие фракции  бензина характеризуют пусковые свойства топлива - чем ниже температура выкипания  топлива, тем лучше пусковые свойства. Для запуска холодного двигателя необходимо, чтобы 10% бензина выкипало при температуре не выше 55 градусов (зимний сорт) и 70 градусов (летний) по Цельсию. Зимние сорта бензина имеют более легкий (чем летние) фракционный состав.  Легкие фракции нужны только на период пуска и прогрева двигателя.

Основная часть  топлива называется рабочей фракцией. От ее испаряемости зависят: образование  горючей смеси при разных режимах работы двигателя, продолжительность прогрева (перевода с холостого хода под нагрузку), приемистость (возможность быстрого перевода с одного режима на другой). Содержание рабочей фракции должно совпадать с 50% отгона. Минимальный интервал температур от 90% до конца кипения улучшает качество топлива и снижает его склонность к конденсации, что повышает экономичность и уменьшает износ деталей двигателя. Температуру выкипания 90% топлива иногда называют точкой росы

Бензины - легковоспламеняющиеся бесцветные или слегка желтые (при отсутствии специальных добавок) жидкости, имеющие плотность 700-780 кг/м³. Бензины имеют высокую летучесть, и температуру вспышки в пределах 20-40 градусов по Цельсию. Температура кипения бензинов находится в интервале от 30 до 200 C. Температура застывания - ниже минус 60 градусов. При сгорании  бензинов образуется  вода и углекислый газ. При концентрациях паров в воздухе 70—120 г/м³ образуются взрывчатые смеси.

Автомобильные бензины в силу своих физико-химических  характеристик должны обладать следующими свойствами:

·        Однородность смеси;

·        Плотность топлива - при +20 "С должна составлять 690...750 кг/м;

·        Небольшую вязкость - с ее увеличением  затрудняется протекание топлива через  жиклеры, что ведет к обеднению смеси. Вязкость в значительной степени зависит от температуры. При изменении температуры от +40 до —40 °С расход бензина через жиклер меняется на 20...30%;

·        Испаряемость - способность переходить из жидкого состояния в газообразное.  Автомобильные бензины должны обладать такой испаряемостью, чтобы обеспечивались легкий пуск двигателя (особенно чвзимой), его быстрый прогрев, полное сгорание топлива, а также исключалось образование паровых пробок в топливной системе;

·        Давление насыщенных паров - чем выше давление паров при испарении топлива в замкнутом пространстве, тем интенсивнее процесс их конденсации. Стандартом ограничивается верхний предел давления паров летом - до 670 ГПа и зимой - от 670 до 930 ГПа. Бензины с более высоким давлением склонны к образованию паровых пробок, при их использовании снижается наполнение цилиндров и теряется мощность двигателя, увеличиваются потери от испарения при хранении в баках автомобилей и на складах;

·        Низкотемпературные свойства - способность бензина выдерживать низкие температуры;

·        Сгорание бензина.   Под   "сгоранием"   применительно   к автомобильным двигателям понимают быструю реакцию взаимодействия углеводородов топлива с кислородом воздуха с выделением значительного количества тепла. Температура паров при горении достигает 1500...2400 °С.

Ди́зельное  то́пливо (устар. соляр, разг. солярка, соляра) — жидкий продукт, использующийся как топливо в дизельном двигателе  внутреннего сгорания. Обычно под  этим термином понимают топливо, получающееся из керосиново-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.

Основные потребители  дизельного топлива — железнодорожный  транспорт, грузовой автотранспорт, водный транспорт, военная техника, сельскохозяйственная техника, а также в последнее  время и легковой дизельный автотранспорт. Кроме дизельных двигателей, остаточное дизельное топливо (соляровое масло) зачастую используется в качестве котельного топлива, для пропитывания кож, в смазочно-охлаждающих средствах и закалочных жидкостях, при механической и термической обработке металлов.

Двигатели с воспламенением от сжатия (дизели) работают на дистиллятных топливах с пределами выкипания более высокими, чем у бензина.

 Важными  свойствами дизельного топлива  являются испаряемость, воспламеняемость (цетановое число), низкотемпературная  текучесть, вязкость, содержание серы и стабильность при хранении.

 Испаряемость  и теплотворность дизельных топлив  различных марок дизельных топлив  варьируется в узких пределах, определяется плотностью, фракционным  составом (температурой выкипания  50 и 90% объема при перегонке по методу ГОСТ 2177-99 ASTM D 286) и слабо влияют на работу дизеля.

Воспламеняемость (цетановое число)

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.

Вязкость и  плотность.

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.

Испаряемость.

Характер процесса горения в камере сгорания двигателя во многом определяется фракционным составом топлива, характеризующим его испаряемость. На сгорание топлива более легкого фракционного состава требуется меньше воздуха, за счет уменьшения времени необходимого для образования топливовоздушной смеси. При этом процессы смесеобразования протекают более полно.

Влияние фракционного состава топлив на работу двигателей с различным смесеобразованием  неодинаково. Двигатели с предкамерным и вихревым образованием менее чувствительны к фракционному составу по сравнению с двигателем с непосредственным впрыском. Наличие нагретых до высоких температур стенок предкамеры обеспечивает более благоприятные условия смесеобразования.

Чрезмерное  облегчение фракционного состава может привести к повышению жесткости работы двигателя.

Низкотемпературные  свойства.

Низкотемпературные  свойства топлив оцениваются показателем  температуры застывания, которой  определяют условия складского хранения топлив. Показателями температур помутнения и предельной температуры фильтруемости определяют условия применения топлив в изделиях техники .

Существует  три способа получения дизельных  топлив с низкой температурой застывания:

1. Снижение содержания тяжелых фракций (понижение температуры конца кипения топлива) и/или вовлечение более легких фракций. Недостатком данного способа является снижение выработки моторных топлив и понижение температуры вспышки дизельного топлива.
2. Применение депрессорных присадок. При использовании депрессантов выработка топлива не снижается, однако они позволяют снизить лишь температуру застывания и мало влияют на температуру помутнения, что ограничивает возможности их применения.
3. Наиболее эффективным способом является применение технологий, позволяющих путем изменения углеводородного состава топлива снизить температуры застывания, помутнения и фильтруемости. Этот способ позволяет вовлекать дополнительное количество тяжелых фракций в ДТ и увеличивать, таким образом, производство дизельного топлива. Данные технологии внедряются на НПЗ Компании.