CC BY
175
УДК 621.43-61
Е.Л. Иовлева, С.С. Захарова, М.П. Лебедев, Л.И. Попова ПЕРСПЕКТИВЫ УЛУЧШЕНИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ФРАКЦИЙ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА
Поставлена задача создания зимнего сорта дизельного топлива, обеспечивающего работу техники в экстремальных условиях Крайнего Севера (до -60°С). Получены первые результаты исследований по определению эксплуатационных характеристик дизельного топлива, выделенного прямым фракционированием сборной нефти из нефтепровода ВСТО (Восточная Сибирь - Тихий океан). Проведен сравнительный анализ зимних сортов дизельных топлив с полученным дизельным топливом, показавший необходимость в дальнейшем улучшения низкотемпературных свойств исследуемого дизельного топлива применением депрессорных присадок.
Дизельное топливо, парафины, фракционный состав, цетановое число
E.L.Iovleva, S.S.Zakharova, M.P.Lebedev, L.I.Popova THE PROSPECTS OF IMPROVING THE LOW-TEMPERATURE CHARACTERISTICS OF DIESEL FRACTIONS
A problem of creation of winter grade diesel fuel ensuring operation of equipment in extreme conditions of Far North (nearly -60) is set. The first research results to determine operating characteristics of diesel fuel isolated by direct fractionation of crude oil from the ESPO (East Siberia-Pacific Ocean) oil pipeline were obtained. The comparative analysis of winter grade diesel fuels with the obtained diesel fuel was done, which showed the need for further improvements of low temperature properties of the studied diesel fuel by utilization of depressants.
Diesel fuel; paraffins; fractional composition; cetane number
Дизельное топливо предназначено для быстроходных дизельных и газотурбинных двигателей наземной и судовой техники.
Дизельные топлива должны отвечать следующим требованиям[1-3]:
• бесперебойно поступать в цилиндры при любых температурах и обеспечивать легкий пуск двигателя;
• хорошо распыливаться и обеспечивать хорошее смесеобразование в цилиндрах двигателя;
• образовывать минимальное количество нагара и отложений, а также не вызывать коррозии и коррозионных износов деталей, соприкасающихся с ним и продуктами его сгорания.
По объему производства дизельных топлив Россия занимает первое место в мире, и по качеству отечественные дизельные топлива соответствуют лучшим зарубежным образцам. Однако, наиболее массовым в стране является летний сорт топлива. Доля зимнего и арктического сортов в общем дизельном фонде, эксплуатируемых до -450С, составляет всего 11%, что примерно только на половину удовлетворяет растущие потребности страны в низкозастывающем виде топлива, связанного с необходимостью интенсивного освоения природных богатств Сибири, Дальнего Востока и Крайнего Севера [4,5].
В связи с этим задача создания зимних сортов дизельных топлив, обеспечивающих работу техники в экстремальных условиях Крайнего Севера (до -600С) является весьма актуальной.
В этом аспекте приведены первые результаты исследований по выделению фракции дизельного топлива из якутской нефти и определению его эксплуатационных характеристик, что является первым этапом работы.
Поскольку основу отечественных дизельных топлив составляют прямогонные дистилляты нефти, нами были выделены фракции дизельного топлива из сборной нефти нефтепровода ВСТО (Восточная Сибирь - Тихий океан) на аппарате АРНС 9.
При этом, с учетом того, что основным способом получения низкозастывающих дизельных топлив является облегчение их фракционного состава путем снижения температуры конца кипения до 3000С (против 3600С для летнего сорта) нами была выделена фракция дизельного топлива с температурой выкипания от 180 до 2800С.
Далее определялись физико-химические показатели качества полученного дизельного топлива из якутской нефти, которые должны соответствовать требованиям и нормам. Существуют два государственных стандарта для дизельного топлива:
• внутри страны - ГОСТ 305-82;
• для экспорта - ЕВРО.
По ГОСТ 305-82 нефтеперерабатывающей промышленностью вырабатывается дизельное топливо трех марок (летнее, зимнее, арктическое)[1] (табл. 1).
Как видно из табл. 1, основными эксплуатационными показателями дизельного топлива являются:
• цетановое число - основной показатель воспламеняемости дизельного топлива, определяющий запуск двигателя, высокие мощностные и экономические показатели работы двигателя;
отработавших газов двигателя;
Таблица 1
Характеристики дизельного топлива (ГОСТ 305-82)
Наименование показателей Норма для марки
Летнее Зимнее Арктическое
Цетановое число, не менее 45 45 45
Фракционный состав: 50% перегоняется при температуре, °С, не выше 96% перегоняется при температуре, °С, не выше 280 360 280 340 255 330
Кинематическая вязкость при 20 °С, мм2/с (сСт) 3,0-6,0 1,8-5,0 1,5-4,0
Температура застывания, °С, не выше, для климатической зоны: умеренной холодной -10 -35 -45 -55
Температура помутнения, °С, не выше, для климатической зоны: умеренной холодной -5 -25 -35 -
Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °С, не ниже 40 35 30
Массовая доля серы, %, не более, в топливе: вида I вида II 0,20 0,50 0,20 0,50 0,20 0,40
Массовая доля меркаптановой серы, %, не более 0,01 0,01 0,01
Содержание сероводорода Отсутствие
Испытание на медной пластинке Выдерживает
Концентрация фактических смол, мг на 100 см2 топлива, не более 40 30 30
Кислотность, мг КОН на 100 см2 топлива, не более 5 5 5
Йодное число, г. йода на 100 г. топлива, не более 6 6 6
Зольность, % не более 0,01 0,01 0,01
Коксуемость, 10%-го остатка, %, не более 0,20 0,30 0,30
Коэффициент фильтруемости, не более 3 3 3
Содержание механических примесей Отсутствие
Содержание воды Отсутствие
Плотность при 20 °С, кг/м3, не более 860 840 830
Предельная температура фильтруемости, °С, не выше -5 - -
• фракционный состав, определяющий полноту сгорания, дымность и токсичность отработавших газов двигателя;
• вязкость и плотность определяющие процессы испарения и смесеобразования в дизеле, обеспечивающие нормальную подачу топлива, распыливание в камере сгорания и работоспособность системы фильтрования;
• низкотемпературные свойства(температура помутнения, предельная температура фильтруе-мости, температура застывания), определяющие функционирование системы питания при отрицательных температурах окружающей среды и условия хранения топлива;
• температура вспышки, определяющая пожароопасность топлива и условия безопасности применения топлива в дизелях;
• наличие сернистых соединений, непредельных углеводородов и металлов, характеризующее нагарообразование, коррозию и износ;
• степень чистоты, характеризующая надежность работы фильтров и цилиндропоршневой группы двигателя.
В табл. 2 приведены эксплуатационные характеристики для дизельного топлива, полученного из сборной нефти, для зимнего дизельного топлива по ГОСТ 35-82 и по ГОСТ 52368-2005.
Сравнительный анализ показал, что не все показатели качества полученного дизельного топлива отвечают значениям ГОСТ 305-82 для зимних топлив. Это относится к показателям, характеризующим низкотемпературные свойства дизельного топлива (температура помутнения, пре-
дельная температура фильтруемости, температура застывания) и коксуемости. Из этого следует, что необходимо улучшить низкотемпературные свойства полученного дизельного топлива.
Таблица 2
Сравнительная характеристика эксплуатационных показателей исследуемого дизельного топлива с показателями качества зимнего сорта дизельного топлива по ГОСТ 305-82 и по ГОСТ 52368-2005
Наименование показателей Значение по ГОСТ 305-82 Значения по ГОСТ 52368-2005 Полученные значения
Фракционный состав: 50 % перегоняется при температуре, °С, не выше 255 До температуры 180 °С, % 240
10 10
96 % перегоняется при температуре (конец перегонки), °С, не выше 330 До температуры 340 °С, % 340
95 95
Кинематическая вязкость, мм2\с (сСт) 1,5-4,0 1,20-4,00 2,798
Массовая доля серы, %, не более, в топливе: вида I 0,2 350 0,2
Испытания на медной пластинке Выдерживает
Содержание водорастворимых кислот и щелочей Отсутствие - Отсутствие
Концентрация фактических смол, мг на 100 см2 топлива, не более 30 - 24,7
Коксуемость, 10 %-го остатка, %, не более 0,30 0,30 0,7
Содержание механических примесей Отсутствует 24 Отсутствует
Содержание воды Отсутствует 200 Отсутствует
Плотность кг/м2, не более 830 800-840 816
Температура помутнения, °С -35 -34 -17
Температура застывания,°С -45 - -28
Предельная температура фильтруемости, °С - -44 -17
Кислотность, мг КОН на 100 см 3 5 - 1,94
Йодное число, г йода на 100 г топлива 6 - 1,12
Как известно, низкотемпературные свойства дизельных топлив зависят от присутствия в них парафиновых углеводородов с длинной неразветвленной цепью углеводородных атомов, которые обладают наиболее высокими температурами плавления. Исследования показали, что при охлаждении дизельных топлив в первую очередь выпадают парафиновые углеводороды нормального строения, они оседают на дно емкости, что затрудняет использование топлива. При этом, на температуру помутнения влияет не количество, а состав н-парафинов. Добавка даже небольшого количества высокоплавких н-парафинов приводит к резкому ее повышению [1]:
Парафиновые УВ состава С20-С25, % - 0 5 10
Температура помутнения, 0С - -35 -20 -15
Поэтому для обеспечения требуемых температур помутнения и застывания зимних топлив необходимо проводить:
• облегчение фракционного состава путем отбора прямогонной фракции с концом кипения 3000С;
• депарафинизацию дизельного топлива;
• введение в топливо депрессорных присадок (сотые доли процента).
Первое условие нами соблюдено. Последующие исследования будут связаны с депарафиниза-цией дизельного топлива и изучением механизмов действия депрессорных присадок, заключающемся в модификации структуры кристаллизирующихся парафинов, уменьшении их размеров.
ЛИТЕРАТУРА
1. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: справочник / под ред.В.М. Школьникова. 2 изд., перераб. и доп. М.: Техинформ, 1999. 596 с.
2. ГОСТ 305-82.
3. ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2004).
4. Захарова С.С., Калачева Л.П. К вопросу нефтепереработки в Республике Саха (Якутия). Материалы Регионал. науч.-практ. конф. Горнодобывающая пром-ть РС(Я). Проблемы и перспективы: Якутск, 2000 (тезисы).
5. Лебедев М.П., Слепцов О.И., Кобылин В.П., Шадрин А.П. Проблемы завоза органического топлива и роль АСММ в условиях Крайнего Севера // Энергия: экономика, техника, экология. Журнал Президиума РАН (Академ Издат. Центр «Наука» РАН), 2012. №2. С. 12-17.
Иовлева Елизавета Лонгиновна -
старший преподаватель кафедры «Машиноведение» Автодорожного факультета Северо-Восточного Федерального Университета имени М.К. Аммосова
Захарова Светлана Семеновна -
кандидат геолого-минералогических наук, доцент Биолого-Г еографического Факультета Северо-Восточного Федерального Университета имени М. К. Аммосова
Лебедев Михаил Петрович -
доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАН, заведующий кафедрой «Машиноведение» Автодорожного факультета Северо-Восточного Федерального Университета имени М.К. Аммосова
Попова Лоридана Игнатьевна -
ассистент кафедры «Машиноведение» Автодорожного факультета Северо-Восточного Федерального Университета имени М.К. Аммосова
Elizaveta L. Iovleva -
senior lecturer of Department “Science of machines” of Road Faculty of North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov
Svetlana S. Zakharova -
Ph.D., associate professor of Biological-Geographical Department of North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov
Mikhail P. Lebedev -
Dr. Sc., professor, the corresponding member of RAS, head of Department “Science of machines” of Road Faculty of North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov
Loridana I. Popova -
assistant of Department “Science of machines” of Road Faculty of North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov
Статья поступила в редакцию 03.04.13, принята к опубликованию 30.04.13
