Производство дизельных топлив с улучшенными низкотемпературными и экологическими свойствами

 

 

3 СОВРЕМЕННЫЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ  ТРЕБОВАНИЯ К ТОПЛИВАМ ДЛЯ  ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С УЛУЧШЕННЫМ  НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫМИ И ЭКОЛОГИЧЕСКИМИ  СВОЙСТВАМИ

 

В последнее время разработка и применение экологически чистых видов топлив является одним из основных вопросов на повестке дня мировой нефтепереработки. В Европе переход на дизельное топливо с содержанием серы 50 ppm стал обязательным в 2005 году, а последующий переход к содержанию серы в 10 ppm, как предполагалось, произойдет к 2009 году [6].

Качество дизельных  топлив, удовлетворяющих требованиям  современных стандартов, оговорено  нормативами европейского стандарта EN 590 и национального стандарта Российской Федерации на топливо дизельное Евро (ГОСТ Р 52368-2005) (таблица 1.2).

Наиболее существенное отличие указанных стандартов от ранее действующего в РФ ГОСТ 305-82 (таблица 2.1) заключается в ужесточении требований к содержанию серы, которое не должно превышать 350, 50 и 10 ppm для вида I, II и III соответственно. Введено ограничение по содержанию в дизельных топливах полициклических ароматических углеводородов (не более 11 % масс.), предусмотрено увеличение цетанового числа с 45 до 51 - 58 ед. Для некоторых сортов топлив ограничено суммарное количество ароматических углеводородов [7].

Россия относится к  числу стран с наиболее высокой  потребностью в низкозастывающих дизельных  топливах, что обусловлено высокой  долей холодных климатических зон  на ее территории [8].

Одним из основных показателей являются низкотемпературные свойства. К ним относятся температура помутнения (при которой начинается кристаллизация парафинов), температура застывания (при которой происходит полная потеря текучести) и предельная температура фильтруемости (при которой топливо еще способно проходить через фильтр). Техническими условиями, так же как и EN 590, предусмотрена дифференциация низкотемпературных свойств дизельных топлив (таблица 3.1) [4, с. 462].

 

Таблица 3.1 – Требования к низкотемпературным свойствам дизельных топлив в зависимости от климатических условий эксплуатации согласно                 ТУ 38.401-58-296-2001

Умеренный климат
Показатель	Сорт А	Сорт B	Сорт C	Сорт D	Сорт E
1	2	3	4	5	6
Предельная температура  фильтруемости, °С	5	0	-5	-10	-15
Арктический климат
Предельная температура  фильтруемости, °С	-20	-26	-32	-38	-44
Температура помутнения, °С	-10	-16	-22	-28	-34

продолжение таблицы 3.1

1	2	3	4	5	6
Плотность при 15 °С, кг/м3:   минимальная	800	800	800	800	800
максимальная	845	845	840	840	840
Вязкость при 40 °С, мм2/с:   минимальная	1,50	1,50	1,50	1,40	1,20
максимальная	4,00	4,00	4,00	4,00	4,00
Минимальное цетановое  число	49,0	49,0	48,0	47,0	47,0
Минимальный цетановый  индекс	46,0	46,0	46,0	43,0	43,0
Фракционный состав:   до 180 °С перегоняется,   % об., максимум	10	10	10	10	10
до 340 °С перегоняется,   % об., минимум	95	95	95	95	95

 

По сравнению с ГОСТ 305-82 в данных ТУ 38.401-58-296-2001:

- исключен показатель, определяющий температуру застывания;

- введена предельная температура фильтруемости.

Еще совсем недавно казалось, что низкотемпературные свойства дизельного топлива в достаточной мере характеризуются  двумя  параметрами – температурой помутнения и температурой застывания, однако с эксплуатационной точки  зрения эта характеристика топлива явно необъективна. При перекачке топлива под давлением кристаллическая структура парафинов механически разрушается и топливо может приобрести свойства текучести при температурах, ниже температуры застывания. Например, дизельное топливо с температурой застывания минус 30 °С в определенных условиях прокачивалось при температуре минус 50 °С.

Сейчас в стандарты  многих стран введен еще один параметр – предельная температура фильтруемости. Эта температура демонстрирует  способность топлива протекать через стандартный фильтрующий элемент при точно оговоренных условиях. Она в большей степени характеризует низкотемпературные свойства топлив применительно к реальным условиям его использования и особенно удобна при сравнении различных партий топлива, а также сравнении способности присадок изменять форму и размеры кристаллов парафинов [9].

На данный момент низкотемпературное топливо производят тремя способами:

1 Снижение содержания тяжелых фракций

Однако, при этом уменьшается температура кипения топлива. К тому же, в такое топливо добавляют легкие фракции. Этот способ не является рациональным, так как снижается выработка дизельного топлива и уменьшается температура вспышки.

2 Добавление депрессорных присадок.

Эти присадки способны снизить  температуру застывания, но не температуру помутнения. Выработка топлива с добавленными депрессорными присадками не ухудшается. Эти показатели ограничивают область применения дизельного топлива.

3 Изменение углеводородного состава дизельного топлива. При использовании этого способа возможно добавление тяжелых фракций. Благодаря этому повышается производительность дизельного двигателя. Это самый распространенный способ понижения температурных характеристик дизельного топлива.

Также, касаемо требований к экологическим свойствам дизельных топлив, в 2003 году ОАО «ВНИИНП» разработаны технические условия    ТУ 38.1011348-2003 «Топливо дизельное экологически чистое», которое определяет требования для летних, зимних и арктических экологически чистых дизельных топлив (таблица 1.4).

 

4 СОВРЕМЕННЫЕ ПРИСАДКИ  И ДОБАВКИ К ДИЗЕЛЬНЫМ ТОПЛИВАМ

 

Некоторые свойства моторных топлив (моющие, противоизносные, антиобледенительные, антибактериальные) не могут быть получены технологическими процессами переработки  нефтяных фракций, и достижение необходимых эксплуатационных свойств возможно только с помощью присадок.

По назначению присадки к моторным топливам можно разделить  на следующие основные типы:

- повышающие стабильность  топлив при хранении – антиокислительные,  деактиваторы металлов, биоцидные;

- моющие присадки;

- улучшающие процессы  сгорания топлив – антидетонационные,  снижающие температуру самовоспламенения  (цетаноповышающие);

- антинагарные и антисажевые;

- снижающие токсичность  отработавших газов;

- антиобледенительные  присадки;

- многофункциональные  – особо ценные, обеспечивающие  улучшение нескольких свойств топлив [10, с. 79-84].

Рассмотрим основные виды присадок.

Антибактериальные:

Если хранить топливо  в баке длительное время, в самом  топливе могут появиться и  размножаться микроводоросли и бактерии. В этом случае необходимо применять антибактериальный присадки, которые способны уничтожить бактерии и воспрепятствовать их образованию. Такие присадки избавляют только от бактерий и микроводорослей, но не изменяют химических свойств топлива, таких как цетановое число или вязкость.

Цетаноповышающие:

Для улучшения пуска  двигателя, особенно в зимнее время, и увеличения эффективности работы двигателя применяют присадки, способные  повысить цетановое число. Присадки для увеличения цетанового числа не имеют отрицательного воздействия на характеристики топлива, поэтому очень полезны и часто применяются. Рекомендуется применять цетановые присадки лишь в случаях, когда топливо обладает большой смазывающей способностью. К сожалению, повышение цетанового числа с помощью присадки может понизить смазывающее свойство топлива. Обычно, добавление присадки в топливо с низкими смазывающими свойствами может привести к ускорению износа деталей двигателя и выходу из строя форсунок. Это может очень дорого стоить владельцу автомобиля, поэтому необходимо проверить цетановую присадку, убедиться, что характеристики присадки пригодны для использования с данным топливом, не изменит существенно смазывающее свойство топлива и не нанесет ощутимого вреда.

Моющие:

Несмотря на всевозможные присадки, двигатель все равно со временем засоряется. Особенно, это касается старых двигателей. Для решения этой проблемы предназначены моющие присадки. Их популярность во всем мире очень большая. Моющие присадки способны удалять отложения, которые образовались в двигателе. Эти отложения представляют собой нагар или лаковые вещества, которые ухудшают процесс сгорания топлива, а так же способствуют увеличению токсичности выхлопных газов. Сразу после применения моющей присадки токсичность резко уменьшается. Так же возможно повышение мощности двигателя и уменьшения расхода топлива.

Депрессорные:

Для использования топлива  в суровых условиях, когда температура воздуха понижается до (-20) °С или (-40) °С, применяют присадки – депрессоры. Они снижают температуру, при которой топливо начинает мутнеть и застывать, тем самым становится невозможным для прохода через фильтры. В России производят специальное дизельное топливо (ДЗп), которое уже содержит присадку-депрессор. Получают ДЗп обычным добавлением в летнее топливо депрессора [11]. Характеристика дизельных топлив с депрессорными присадками приведена в таблице 4.1.

 

Таблица 4.1 – Характеристика зимних дизельных топлив с депрессорными присадками согласно ТУ 38.401-58-36-01

Показатель	Норма для топлива  марки
	ДЗп	ДЗп-25	ДЗп-35	ДАп
1	2	3	4	5
Цетановое число, не менее	45	45	45	40
Фракционный состав:                           50 % перегоняется при температуре, °С, не выше	280	280	280	280
96 % перегоняется при  температуре, °С, не выше	360	360	350	340
Кинематическая вязкость при 20 °С, мм2/с	3,0-6,0	1,8-6,0	1,5-5,0	1,5-5,0
Температура застывания, °С, не выше	-25	-35	-45	-55
Температура помутнения, °С, не выше	-5	-15	-25	-35
Предельная температура фильтруемости, °С, не выше	-15	-25	-35	-45
Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °С, не ниже:             для тепловозных и судовых  дизелей, газовых турбин	62	35	-	30
для дизелей общего назначения	40	40	35	35

 

продолжение таблицы 4.1

1	2	3	4	5
Массовая доля серы, %, не более, в топливе:                                              вида I	0,2	0,2	0,2	0,2
вида II	0,5	0,5	0,5	0,4
Массовая доля меркаптановой  серы, %, не более	0,01	0,01	0,01	0,01
Содержание сероводорода	отсутствие
Испытание на медной пластинке	выдерживает
Содержание водорастворимых  кислот и щелочей	отсутствие
Кислотность мг КОН на 100см3 топлива, не более	5	5	5	5
Иодное число, г I2 на 100 г топлива, не более	6	5	5	5
Зольность, %, не более	0,01	0,01	0,01	0,01
Коксуемость 10%-ного остатка, %, не более	0,30	0,20	0,20	0,20
Коэффициент фильтруемости, не более	3,0	3,0	3,0	3,0
Содержание механических примесей и воды	отсутствие
Плотность при 20 °С, кг/м3, не более	860	860	840	840
Цвет, ед. ЦНТ, не более	2,0	2,0	2,0	2,0

 

Для использования при  температурах окружающего воздуха  до (-15) °С изготавливается топливо  ДЗп. Получают его на базе летнего  дизельного топлива. Добавка сотых  долей депрессорной присадки обеспечивает снижение предельной температуры фильтруемости до (-15) °С, а застывания – до (-25) – (-35) °С. Предельная температура фильтруемости соответствует температуре применения дизельного топлива.