Дизельное топливо – продукт нефтепереработки, жидкое горючее вещество, питающие двигатели внутреннего сгорания. Моторы транспортных средств дизельного типа могут быть заправлены только данным типом горючего. Имеет ряд весомых отличий от бензина и других продуктов первичной и вторичной переработки нефтяного сырья, что выражается в различном соотношении углеводородных соединений, эксплуатационных и технических особенностях.
Состав дизельного топлива – как фракционный, так и химический – может многое сказать о том, как будет «вести» себя вещество в камере сгорания и по отношению к окружающей среде.
Дизельное топливо: состав
Производство дизеля осуществляется в ректификационных колоннах в условиях повышенной температуры (первичная переработка нефти), а также на установках каталитического крекинга и риформинга с участием катализатора (вторичная переработка нефти), после чего полученное вещество подвергается гидроочистке.
Солярка – это фракция нефти, которая вырабатывается из последней при воздействии определенных температур. В отличие от бензина, фракция более тяжелая, т.е. содержит больше тяжеловоспламеняемых углеводородных соединений. Разделение нефти на фракции происходит при достижении температур кипения каждой из них в условиях атмосферного давления.
Вторичная переработка нефтяного сырья представляет собой процесс разбивки крупных молекул углеводородов на мелкие. В оборудовании для крекинга с участием катализатора из дизельной фракции удаляются серные компоненты.
Керосино-газойлевая фракция прямой перегонки нефтяного вещества – основа для получения так называемого быстроходного дизеля (моторной конструкции грузовиков, катеров и некоторой сельскохозяйственной техники), более тяжелые соединения подходят для выпуска дизелей для двухтактных тихоходных моторов с оборотом вала менее 1000 ед/мин.
Чтобы получить конечный нефтепродукт, на производстве смешивают прямогонные фракции и гидроочищенный дизель, полученный в результате вторичной обработки. Этот процесс называется компаундирование. На этом же этапе в состав будущего топлива добавляются присадки – повышающие цетановое число, депрессорно-диспергирующие добавки.
По составу комплекса присадок определяется марка дизтоплива. Для горючего, эксплуатируемого при температуре воздуха ниже нуля, подбираются компоненты, предотвращающие кристаллизацию и парафинизацию состава во время холодов. Различают 4 основные марки ДТ:
- зимнее дизтопливо;
- летнее дизтопливо;
- арктическое ДТ;
- межсезонное.
Химический состав дизельного топлива
Хим. состав дизельного топлива нельзя выразить одной фиксированной формулой. Это обусловлено тем, что в зависимости от состава исходного сырья и методологии производства (в частности, рабочих температур первой и второй прогонки) получаются нефтепродукты с отличающимся содержанием углеводородов различных групп. Процентное соотношение может варьироваться в следующих пределах:
- парафины – от 1/10 объема до 40%, стандартная формула – CnH2n + 2.
- нафтены – от 1/5 объема до 60% от всего состава, стандартная формула – CnH2n.
- ароматика – от 15% до 1/3 от всего состава, стандартная формула – CnH2n - 6.
Незначительный процент – у воды, серы, смол, а также некоторых механических примесей, о которых речь будет ниже.
Тем не менее, может быть выведена «усредненная» химическая формула солярки: С12Н24. При этом и С8Н8, и С10Н20, и углеводородный состав С15Н28 также подходят под формулу дизтоплива. При преимуществе алканов в составе горючего формулы могут выглядеть так: С10Н22, С13Н28, С17Н36.
Средняя молекулярная масса соединений лежит в пределах от 110 до 230 а.е.м. с температурой кипения минимум +170 С и максимум +380 градусов.
Фракционный состав дизельного топлива
Определение фракционного состава можно выразить несколькими числовыми параметрами:
- предел выкипаемости горючего;
- связь между температурой кипения вещества и интенсивностью выкипания;
- потери вещества во время процесса кипения.
Какие соединения испаряются при той или иной температуре обработки и какой остаток имеется на момент остановки процесса – вот что характеризует фракционный состав.
Компонентный состав дизеля определяется в лабораторных условиях путем постепенного нагрева вещества. Происходит дробление сложноструктурных углеводородных соединений, как только каждая фракция достигает своей температуры кипения. При этом конденсирующий пар также подвергается фракционному разделению.
На что влияет фракционный состав дизельного топлива:
- сбалансированная адаптация топливно-воздушной смеси;
- стабильность горения;
- расход горючей жидкости;
- быстрота запуска моторного узла;
- токсичность выхлопа;
- интенсивность образования отложений.
К примеру, если солярка содержит чрезмерное количество тяжелых фракций (то есть с высокой температурой кипения), то это изменяет эксплуатационные свойства продукта в худшую сторону. Следует ожидать задержку в воспламенении состава, его неполное прогорание, чрезмерный расход и увеличение токсичных соединений в отработанных газах.
Методы определения фракционного состава дизеля, а также цифровые значения зафиксированы в ГОСТ Р 52368-2005 и ГОСТ 32511-2013.
Определение компонентного состава выполняется по процентному соотношению углеводородов с конкретной температурой отгонки (пределом выкипаемости). Актуальные цифры для дизеля класса ЕВРО:
- максимум 65% жидкости должно перегоняться при температуре до +250 С.
- минимум 85% состава должно перегоняться при температуре +350 С.
- 95% вещества должно завершить перегонку до достижения температуры +360 С.
Рабочей фракцией топлива является та, которая выкипает на 50% - 65% при одной и той же температуре.
Некоторые отклонения от стандартных значений свойственны арктическому дизелю. 50% этого вещества должно выкипеть при температуре +255 градусов.
Соединения серы, влияние на свойства ДТ
Изначально нефть, из которой потом будет выделена дизельная фракция, содержит серные соединения. Большая концентрация элемента обладает следующим влиянием:
- увеличивает токсичный эффект выхлопа;
- негативно воздействует на конструкции из металла, разрушая поверхности;
- активизирует образование нагара в камере сгорания;
- способствует снижению удельной теплоты сгорания топлива.
Хотя сера обладает хорошими смазывающими свойствами, недостатки перевешивают, и производители стараются избавить горючее от этого компонента, насколько это возможно. Более того, каждый новый экологический стандарт для дизеля все более ужесточает требования к процентному содержанию серы в составе:
- К3 – содержание не более 350 мг/кг.
- К4 – не более 50 мг/кг.
- К5 – максимум 10 мг/кг.
Чтобы очистить ДТ от серы, используют метод гидроочистки. Этот процесс способен убрать даже «тяжелые» сернистые компоненты. Для осуществления метода используются установки высоких температур и повышенного давления, а также насыщенный молекулами водорода газ.
Весьма эффективным является и другой метод, позволяющий снизить содержание компонента до значений меньше 1%. Очистка осуществляется с помощью мембранных фильтров, через которые проходит весь объем топлива, активированный специальной растворяющей соединения добавкой.
Разделение жидкого дизеля на непосредственно топливо и остаточный гудрон с серной основой осуществляется вследствие контакта горючего с серной кислотой в высокой концентрации.
Механические примеси в дизельном топливе
Российский ГОСТ не допускает наличия любых механических примесей в солярке.
Точнее, фактическое содержание таких компонентов в горючем не превышает всего 0,003% от общего объема, что не способно оказать какой-либо значимый эффект на качество продукта.
Механические примеси появляются в жидкости вследствие коррозии любых поверхностей, с которыми соприкасается вещество, будь то технические установки или топливная система транспортного средства, а также при попадании в объем песка.
Наличие крупных механических частиц в горючем (размером более 4 µm, проходящем через топливные патрубки и попадающем в насос высокого давления, может вывести из строя последний.
Очистка солярки от механических элементов может осуществляться не только путем многоступенчатого фильтрования, но и соединения вещества с растворителями и разгона объемов топлива на аппаратах, работающих по принципу центрифуги, для тонкого разделения компонентов дизеля.
Вода в дизтопливе
Допустимое содержание Н2O в объеме солярки, согласно ГОСТ, не более 200 мг/кг. Определение объема влаги проводится путем нагрева горючего, смешанного с нерастворимой в воде добавкой, сбором конденсата и вычислением на основе его количества числового значения.
Образование водяных молекул в дизельном горючем – это естественный процесс, если наблюдается перепад температур, особенно в зимнее время. Так или иначе в топливный бак попадает воздух во время заправки, либо конденсат образуется из-за скачков температур в течение дня в переходные периоды. Способствует образованию жидкости и хранение резервуаров с жидкостью не в помещениях, а на улице. Причиной обводнения может стать даже банальное попадание капель дождя и других осадков в полость бака.
Вода тяжелее дизеля, так как обладает большей плотностью, и быстро опускается на дно заправочного бака. Начинает образовываться коррозия – проржавевшие частицы попадают в горючее и далее через топливную систему – в сам двигатель. Чем больше воды в баке, тем больше вероятность образования льда в холодное время года. Влага негативно сказывается на КПД фильтра – если вода попала в топливный фильтр, он подлежит замене.
Избавление от влаги в солярке – это постоянный процесс, поэтому автолюбителям следует всегда иметь удалитель воды / осушитель дизеля в своем наборе средств автохимии. В зимнее время года (а лучше с октября по март) состав следует использовать профилактически, не дожидаясь, пока вода попадет в рабочий механизм транспортного средства.