Марат Тажибаев [tazhibaev.marat@mail.ru]Химия и химические технологии/ 6. Органическая химия

 

УДК 577.47:665.5

к.т.н. Иманкулов Н.Н.

 

Южно-Казахстанский государственный университет

им. М.Ауезова, Республика Казахстан

 

ТОПЛИВА ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ БЫСТРОХОДНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 

 

Нефтеперерабатывающая промышленность выпускает дизельные топлива двух видов: легкие маловязкие топлива для быстроходных дизелей с частотой вращения вала до 800—1000 об/мин и более; тяжелые высоковязкие топлива пары нефти, подогретой до определенной температуры для тихоходных — средне- и малооборотных дизелей с частотой вращения вала до 600— 700 об/мин.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            

Дизельные топлива для быстроходных двигателей должны удовлетворять следующим эксплуатационным требованиям:

-обладать необходимой воспламеняемостью, т.е. обеспечивать легкий за­пуск двигателей как в летних, так и в зимних условиях, плавное и полное сго­рание при малом значении периода задержки воспламенения;

-иметь оптимальный фракционный состав и вязкость, обеспечивающие не­обходимые распыление и испаряемость топлива;

-обладать хорошими низкотемпературными свойствами;

-не содержать коррозионноактивных продуктов, смолистых соединений, механических примесей и воды.

Воспламеняемость, оцениваемая цетановым числом; является одним из ос­новных показателей, характеризующих моторные свойства дизельных топлив. Цетановое число определяют на установке ИТ9-3 по методу совпадения вспы­шек при помощи эталонных топлив— цетана С6Н34, воспламеняемость кото­рого принята на 100 единиц, и а-метилнафталина С11Н10, воспламеняемость ко­торого принята за 0.

Цетановое число топлива равно содержанию (в % объем.) цетана в смеси с а-метилнафталином, эквивалентной по воспламеняемости в стандартных усло­виях по ГОСТ 3122—67 испытуемому топливу.     

Цетановое число дизельных топлив зависит от их химического состава. Легче всего воспламеняются парафиновые углеводороды как наименее терми­чески стойкие; ароматические углеводороды более стойки к термическому рас­паду и самовоспламенению; нафтеновые углеводороды занимают промежуточ­ное положение.

Нормальный запуск и плавная работа дизелей в летний период осуществи­мы на топливе с цетановым числом 40—45 единиц, а в зимний период с цетановым числом 50—55 единиц. Использовать топлива с большим цетано­вым числом нецелесообразно, так, как это приводит к замедлению их сгорания и увеличению дымности выхлопа.

Фракционный состав топлива оказывает влияние на его распыливание, полноту сгорания, дымность выхлопа, нагароотложение и разжижение картерного масла. При высоком содержании легких фракций увеличивается дав­ление сгорания, т. е. двигатель работает более жестко. Утяжеленное топливо хуже распиливается; при этом уменьшается скорость образования рабочей смеси, ухудшается ее однородность, в результате чего повышается дымление и снижается экономичность двигателя.

Временные и перспективные быстроходные дизели принципиально от­личаются от дизелей, выпускавшихся ранее. Благодаря усовершенствованию камер сгорания, впускных трактов и агрегатов топливной аппаратуры обеспе­чивается рациональное смесеобразование и сгорание топлива при высоких час­тотах вращения, вала, удельной мощности пониженных значениях коэффици­ента избытка воздуха. В связи с этим изменяются требования к фракционному составу топлива - отношению в нем содержания легких, средних и утяжеленных фракций нефти. Дизельное топливо для автомобилей и тракторов должно быст­ро испаряться при относительно низких температурах в камере сгорания, хо­рошо воспламеняться, полностью сгорать без дыма и обладать достаточными смазывающими свойствами.

Таким образом, оптимальный фракционный состав дизельного топлива должен определяться конструктивными особенностями дви­гателя и условиями эксплуатации.

Температура вспышки характеризует пожароопасность дизель­ных топлив. Дизельные топлива, содержащие значительное количество лег­ких фракций, быстро испаряются, являются пожароопасными и непригодными для применения в закрытых помещениях. Поэтому температура вспышки для них лимитируется условиями применения.

Вязкость дизельного топлива определяет степень его распыливания, и однородность рабочей смеси. Маловязкое топливо распиливается более однородно и мелко, что способствует его лучшему испарению, смесеобразованию и сгоранию. При низких температурах топливо должно обладать достаточной текучестью трубопроводах, фильтрах, насосах и форсунках. Этим требовани­ям отвечает маловязкое низкозастывающее дизельное топливо. Однако чрез­мерно маловязкое топливо может вызвать повышенный износ топливной аппа­ратуры.

Следовательно, оптимальная вязкость топлива должна определяться конст­руктивными особенностями двигателей и климатическими условиями их экс­плуатации.

Фильтруемость дизельного топлива характеризует его чистоту и склонность к забивке бумажных фильтров тонкой очистки топлива. В связи с применением на дизелях бумажных фильтров тонкой очистки резко повыси­лись требования к чистоте дизельного топлива, оцениваемой коэффициентом фильтруемости. Коэффициент фильтруемости определяют на специальном приборе по изменению пропускной, способности фильтра при последователь­ном пропускании через него определенных объемов топлива и выражают от­ношением длительности фильтрации каждых последующих 2 мл топлива к длительности фильтрации первых 2 мл

Способность топлива обеспечивать чистоту двигателя и топливоподающей аппаратуры является важ­ным показателем его эксплуатационных качеств. При содержании в топливах смолистых веществ и углеводородов, склонных к окислению, наблюдается по­вышенное нагарообразование на деталях двигателя и закоксовывание отвер­стий распылителей форсунок. Поэтому содержание в дизельных топливах смол и непредельных углеводородов ограничивается.

На количество отложений в двигателе влияют также коксуемость и золь­ность дизельных топлив; кроме того, при наличии золы может увеличиться износ деталей двигателей. Поэтому указанные показатели строго ограничи­ваются.

Водорастворимые кислоты, щелочи и органические кислоты, находящиеся в дизельных топливах, также могут вызывать коррозию деталей; поэтому со­держание или отсутствие таких соединений нормируется стандартами.

Сернистые соединения, содержащиеся в топливе, в частности сераорганические, по-разному ведут себя в различных двигателях. Быстроходные дизели сильнее подвергаются сернокислотной коррозии, чем стационарные тихоход­ные, поскольку температуры их внутренних поверхностей при работе на по­стоянных режимах выше. Поэтому оптимальное содержание серы в топли­вах для быстроходных дизелей 0,2 —0,5% (но не более 1%), а для тихоход­ных оно может достигать 1,5—2,5%.

Основную массу топлив для быстроходных дизельных двигателей выраба­тывают прямой перегонкой нефти. В зависимости от содержания серы в нефти топлива получают малосернистые и сернистые. В топливах из малосернистых нефтей серы содержится, как правило, не более 0,2%, а в топливах из серни­стых нефтей—1,0— 1,3%. Для повышения моторесурса двигателей почти все топлива из сернистых нефтей очищают на установках гидроочистки до оста­точного содержания серы 0,2— 0,5%. В товарных топливах допускается ис­пользование в качестве компонента до 20% легкого газойля каталитического крекинга. Применять без дополнительного облагораживания продукты терми­ческого и термоконтактного крекинга, коксования и других термических про­цессов не разрешается.

В зависимости от требований к качеству топлива, условий его примене­ния, а также от качества исходной нефти топлива вырабатывают по двум ГОСТ.

Дизельные топлива, ГОСТ 4749—73 и ГОСТ 305—73. По ГОСТ 4749—73 топливо для быстроходных дизелей и судовых газовых турбин вырабатывают из продуктов прямой перегонки малосернистых нефтей, а также из продуктов прямой перегонки нефти, прошедших гидроочистку и депарафинизацию.

По ГОСТ 305—73 производят топлива для автотракторных, тепловозных и судо­вых дизелей из продуктов прямой перегонки, подвергнутых гидроочистке и депарафинизации, а также смешением указанных продуктов с газойлем ка­талитического крекинга (до 20%).

По ГОСТ 4749 — 73 и 305 — 73 предусматривается выра­ботка восьми марок топлива: ДЛ и Л— для эксплуатации при температуре окружающего воздуха 0°С и выше; ДЗ и ЗС — для эксплуатации при темпе­ратуре окружающего воздуха — 30°С и выше; 3 — для эксплуатации при температуре окружающего воздуха —20 °С и выше; ДА и А для эксплуата­ции при температуре окружающего воздуха — 50 °С и выше; ДС — специаль­ное дизельное топливо.

По сравнению со старыми ГОСТ 4749—49 и 305—62 в новых ГОСТ пре­дусмотрено улучшение качества топлив и уточнен их ассортимент.

В топливе, вырабатываемом по ГОСТ 4749—73, повышено Метановое число арктического и зимнего дизельных топлив, введены показатели выкипания 96% для марок ДЗ и ДЛ, уточнены пределы изменения вязкости топ­лив, снижены показатели коксуемости 10%-ного остатка, ограничено со­держание меркаптановой серы, снижена зольность топлив, введены показа­тели фактических смол, коэффициента фильтруемости, плотности.

 

Литературы:

 

1. Кавадо А., РиосЛ, Мора Н.Е. Перспективы применения этанола в двигателях внутреннего сгорания. М.: НИИТЭХИМ, 1988. Вып. 2.

2. Огуршев  А.М. Физико-химические показатели биотоплива для дизелей.// Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2005, №4, с.26

3. Кирилова Н.Г. Нефть природный газ и альтернативные моторные топлива. Нефтегазовые технологии, 2002. №4, с.15-20.

4. Соболева Л.М., Филимонова Е.И., Бычков Б.Н., Кудрявцев А.С. Эте-рификация жирных кислот таллового масла на сульфокатионитных катализато­рах. Химическая промышленность сегодня, 2006, №6, с. 13-17.

5.   Коженин А.В. Влияние альтернативных топлив на смазывающие свойст­ва моторных масел // Нефтепереработка и нефтехимия. 1986. № 6.

6. Кавадо А., Риос Л, Мора Н.Е. Перспективы применения этанола в двига­телях внутреннего сгорания. М.: НИИТЭХИМ, 1988. Вып. 2.

 

 

ЗАЯВКА

На участие научно-практической интернет-конференции

 

Ф.И.О. авторов, ученая степень

Иманкулов Нурбахыт Насырович, к.т.н.,

Название доклада

Топлива для  перспективных

 быстроходных дизелей

 

Выбранная секция

Научные исследования в технических областях

Место работы, должность

Докторант Южно-Казахстанского государственного университета имени М.О.Ауезова

Контактный адрес

Иманкулов Н.Н.

Республика Казахстан,

Южно-Казахстанская область,

г.Шымкент, ул. Казыбек би 11

160000

Контактный телефон

Телефон, факс:

8 (7252) 545846

 

Е-mail:

tazhibaev.marat@mail.ru