Дизельное топливо

Дизельные топлива в последнее время находят все более широкое применение в качестве моторного топлива. Достаточно отметить, что начато использование дизтоплив даже в легковых автомобилях. Особенно в этом преуспела Западная Европа.

В производстве дизельных топлив применяют нефтяные фракции
160– 360 ^оС. Источниками этих фракций являются процессы первичной перегонки нефти, легкие газойли каталитического и гидрокрекинга, гидрооблагороженные газойлевые фракции коксования, висбрекинга и пиролиза, тяжелый алкилат процесса алкилирования изобутана, продукты депарафинизации масел.

14.2.1. Цетановое число. Основным показателем качества товарного дизельного топлива для всех марок является цетановое число. Этот показатель является количественной оценкой воспламеняемости дизельного топлива. Методика определения цетанового числа в качестве эталонов для его расчета принимает за 100 воспламеняемость н -цетана (н - С ₁₆ Н ₃₄), а за 0 – воспламеняемость -метилнафталина. Поэтому величина цетанового числа дизельного топлива эквивалентна цетановому числу соответствующей эталонной смеси н -цетана и -метилнафталина.

Для двигателей разной конструкции существуют свои оптимальные значения цетанового числа. Как правило, они находятся в пределах 45 – 60. При низких значениях цетанового числа топлива двигатель работает в жестком режиме, т. е. резко возрастает давление в камерах сгорания топлива, возрастает износ деталей. При слишком большом цетановом числе топливо сгорает сразу после впрыска в камеру, плохо смешивается с воздухом, в итоге падает экономичность двигателя и растет дымность выбросов.

Величина цетанового числа топлива определяется его химическим составом. Более полное представление о значениях цетановых чисел углево­дородов различных классов дает табл. 14.3.

Таблица 14.3

Значения цетановых чисел углеводородов различных классов

Углево-дород	Цетано­вое число	Углево- дород	Цетановое число	Углево- дород	Цетановое число
Алканы
н-С12Н24		3-этилдекан	46, 5	4, 5-диэтил­октан
2, 5-диметил-ундекан		4-пропил-декан	39, 5	н-С16Н34 (цетан)
7, 8-диметил-тетрадекан	40, 5	7, 8-диэтил-тетрадекан	67, 5	9-метил-гептадекан
5, 6-дибутил-декан		8-гексил-пентадекан		9-гептил-гептадекан	87, 5
Алкены
Тетрадецен		5-бутил-4-додецен	45, 5	8-пропил-пентадецен
Циклоалканы
Метилдоде­цилцикло­гексан		Циклогексил-диметилдоде­цилметан		-	-
Бициклоалканы
Декалин		Бутил­декалин	31, 5	Октилдекалин	25, 5
Гомологи тетралина
Диоктил-тетралин	25, 5	Третбутил-тетралин	16, 5	Пропил­тетралин	8, 0
Гомологи бензола
Додецил-бензол		Пропилоктил-фенилметан		Октилбензол	31, 5
Гомологи нафталина
Октил-нафталин	17, 5	Бутил-нафталин	6, 2	-метил-нафталин

Известно, что наименьшими температурами самовоспламенения среди углеводородов различных классов обладают н -алканы, а наибольшими – арены. Поэтому, как следует из данных табл. 14.3, н -алканы имеют самые большие значения цетановых чисел, а бициклические арены – наименьшие. Изоалканы, алкены, циклоалканы и моноциклические арены имеют промежуточные значения цетановых чисел. Отсюда вытекает, что в дизельном топливе предпочтительнее иметь н -алканы и нежелательно присутствие аренов, особенно бициклических.

Нормативные акты ведущих нефтеперерабатывающих стран предусматривали в 1998 г. следующие минимальные значения цетанового числа дизтоплив: США – 48 (Калифорния – 50), Западная Европа – 49 (Швеция – 53), Россия – 45. Требования Европейской Ассоциации Автомобилестроителей (ЕАА) планировали минимум цетанового числа в 2003 г. в размере 58 пунктов.

14.2.2. Содержание серы – второй по значимости показатель качества дизтоплив. Значения данного свойства тоже связано с экологией. По данным ЕАА, требования к доле серы в дизтопливе в 2000 г. составляли
0, 035 %, а уже в 2003 г. – 0, 003%, т. е. ужесточились более чем в 10 раз. Еще более жесткие требования к этому показателю в Швеции (1998 г. –
0, 0005 %). Такие же требования существуют и в Калифорнии. Интересно отметить, что калифорнийское законодательство впервые в мире установило ограничения и по содержанию азота (1× 10^-5 %). Прогнозируемый уровень требований к серосодержанию планирует достичь концентрации серы в дизтопливе в 2005 г. до 0, 003 %, в 2010 г. – 0, 0005 % и в 2015 г – 0, 0003 %. Для российской нефтепереработки приведенные цифры представляются фантастическими. Достаточно отметить, что по состоянию на начало 2001 г. 75 % всего выпускаемого в России дизтоплива имело концентрацию серы до 0, 2, 14 % – до 0, 5 % и лишь 6, 5 % – не более 0, 05 %. Ожидается, что в 2005 г. производство дизельных топлив с содержанием серы от 0, 2 до 0, 5 % будет прекращено; при этом доля дизтоплив с концентрацией серы до 0, 05 % составит 25 %.

14.2.3. Температура застывания и вязкость. Эти показатели связаны с условиями хранения, транспортировки, а также прокачиваемости дизтоплив в системе подачи в камеры сгорания двигателей. Российские стандарты предусматривают максимальные значения температуры застывания: –10 ^оС для топлива марки «Л», –35 ^оС для марки «З» и –55 ^оСдля марки «А». Кинематическая вязкость при 20 ^оС должна быть в пределах, мм²/с: 3–6 для марки «Л», 1, 8–5 для марки «З» и 1, 5–4 для марки «А». Сравнивать уровень требований российских и зарубежных нормативных актов к вязкостно-температурным свойствам дизтоплив не корректно из-за огромной разницы в климатических условиях России и стран Западной Европы, США и Японии.

14.2.4. Фракционный состав. Принятая ранее на российских НПЗ практика утяжеления состава дизельного топлива с повышением температуры конца его кипения до 380 ^оС (для увеличения выхода и «глубины переработки») пришла в противоречие с требованиями рынка к качеству дизтоплив. Это касается, прежде всего, его противодымных свойств, содержанию в нем серы и ароматических углеводородов. Нормативные требования США ограничивают температуру конца кипения 360 ^оС (калифорнийские – 338 ^оС), общеевропейские – 350 ^оС (Швеция – 330 ^оС). Российское законодательство до сих пор не регламентирует температуру конца кипения дизельного топлива, ограничивая показатель 96 % отгона для всех марок 360 ^оС.

14.2.5. Содержание ароматических углеводородов. В связи с тем, что арены являются главным источником чернодымных выбросов в атмосферу и имеют наименьшие значения цетанового числа, зарубежные нормативы ограничивают их содержание в дизельном топливе. Федеральный стандарт США допускает долю ароматических углеводородов в дизтопливе до 20 % (калифорнийский до 10 %), общеевропейский – 20 % (в Швеции – 10 %). К этому следует добавить, что нормативные требования штата Калифорния допускают содержание полициклических аренов в дизтопливе в не более
1, 4 %, а Швеции и того меньше (0, 1 %). Вместо этого показателя российские стандарты ограничивают содержание смол величиной 40 мг / 100 мл для летнего дизтоплива и 30 мг/100 мл для зимнего и арктического дизтоплив.

Качество дизельных топлив повышается путем добавления в него разнообразных присадок, например, депрессорных, цетаноповышающих, моющих, противоизносных, антидымных и др.

Технические условия ТУ 38.401-58-170-96 на городское дизельное топливо предусматривают производство топлива с антидымными и депрессорными присадками. Среди антидымных присадок наиболее эффективными считаются барийсодержащие присадки. Добавка этой присадки приводит к некоторому увеличению зольности дизельных топлив. Поэтому ТУ 38.401-58-170-96 допускают величину зольности дизельных топлив до 0, 04 %. При производстве дизельных топлив в России применяют антидымные присадки: импортную Лубризол-8288 и отечественную ЭФАП-Б.

При производстве арктических и зимних сортов дизельных топлив применяются депрессорные присадки. Противоизносные присадки применяют в производстве глубоко очищенных дизельных топлив.

При составлении пакета присадок для дизельных топлив необходимо учитывать их совместимость, т. к. различные ПАВ могут влиять на функциональные свойства друг друга и желательного результата можно не получить.

Ужесточение требований к дизельным топливам по снижению вредных выбросов с выхлопными газами и по применению экологически чистых дизтоплив приводит к ухудшению их смазывающей способности и повышению коррозионной способности в процессах их производства. Поэтому были разработаны новые ТУ 38.401-58-296-01, согласно которым вводятся новые показатели качества, необходимые к определению: коррозионная агрессивность меди и смазывающая способность топлива (табл. 14.4).

Таблица 14.4

ТУ 38.401-58-296-01 на дизельное топливо

Однако мировой опыт показывает, что наиболее существенное повышение качества дизельных топлив связано с развитием гидрогенизационных процессов, а именно: гидрообессеривания, гидродеароматизации, а также каталитической депарафинизации. Внедрение в широком масштабе в российской нефтепереработке процессов гидродеструкции позволит получать дизельные топлива с хорошим смесеобразованием и легким запуском двигателей, низкими температурами самовоспламенения, плавным сгоранием рабочей смеси при полном сгорании топлива и бездымным выхлопом при отсутствии нагаров и отложений на соплах форсунок и камере сгорания. Такие топлива обеспечивают высокую теплоту сгорания и низкий удельный расход при незначительной коррозии двигателей.