Физико-химические и эксплуатационные свойства топлив

Классификация топлив

План

Лекция 27

Тема: Физико-химические и эксплуатационные свойства топлив.

В настоящее время нефтяные продукты классифицируются на: моторные топлива; на нефтяные масла и смазки; растворители; высокооктановые добавки и присадки; углеродные материалы; смазочно-охлаждающие жидкости; парафины и церезины.

Моторные топлива подразделяются на: карбюраторные топлива (авиационные и автомобильные); реактивные; дизельные (зимние, летние, арктические); котельные (мазут флотский, как топливо для мартеновских печей).

Основные эксплуатационные свойства бензинов определяются испаряемостью – эффективностью сжигания топлива. Нормальная работа двигателя обеспечивается быстрым сгоранием топлива: 0,002-0,004 сек. Чтобы топливо соответствовало заданным характеристикам, определяют следующие параметры: давление насыщенных паров; фракционный состав, ρ²⁰₄. Чтобы обеспечивалось испарение топлив с заданной скоростью, нормируются пределы выкипания узких фракций. Для бензинов определяют температуру начала кипения 10%, 50%, 90%, 97,5% отгона. Так 10% - не выше 80⁰С, 50%- не выше 105⁰С, 90% - не выше 145⁰C, 97,5% - не выше 180⁰С, остаток – не боле 1,5 %.

Доля легкой части характеризует пусковую характеристику. Если доля легких частей фракции недостаточна, то это приводит к тому, что концентрация паров бензина в топливо-воздушной смеси будет недостаточной для воспламенения топлива. Недостаток легких фракций особенно проявляется при запуске двигателя при низких температурах.

Чрезмерное высокое содержание легких фракций приводит к образованию паровых пробок в топливной системе двигателя.

На стадии приготовления бензина следует определять октановое число распределения (если бензин отделили после отгона 50%, определяем октановое число для обеих частей(легкая часть обладает более высоким октановым числом, но может быть наоборот). Октановое число должно быть более или менее равномерным, это показатель эксплуатационных свойств. К=0,9-1,1 коэффициент распределения - отношение легкой части к тяжелой в бензине.

В состав товарных бензинов включают следующие фракции: бензины каталитического реформинга; бензины каталитического крекинга, также подмешивают прямогонные бензины, изомеризаты, алкилаты и кислородосодержащие добавки.

Смешивая бензины риформинга и прямогонного применяют дополнительные меры: вводят добавки, которые характеризуются более высоким октановым числом и они должны по температурам кипения соответствовать более легкой части бензина. Наиболее распространенные добавки: спирты, i- пропанол, i-бутанол, эфиры.

СН₃

СН₃-СН-СН₂-ОН СН₃-С-ОН СН₃ -СН₂ -СН-ОН СН3-О-С-СН₃

СН₃ СН₃ СН₃ СН₃

Метил-триэтиловый эфир

Добавки спиртов не должны превышать 5%, эфиров или смесей спирто-эфиров 15%.

Если присутствуют непредельные углеводороды, то это влияет на другие характеристики, химическую стабильность (олефины на стадии транспортировки окисляются воздухом), меняется фракционный состав, повышается кислотное число (индуктивный период окисления не будет удовлетворять товарным показателям). Если присутствуют вторичные бензины, то добавляют антиокислительные присадки.

Для товарных бензинов вводится ограничение на содержание ароматических углеводородов. С 2001 года в большинстве стран принимаются ограничения ароматических углеводородов до 45%. Осуществлен переход на экологические чистые бензины с содержанием ароматики не более 35%. Содержание серы в бензинах допускается для высшей категории качества для АИ-93 - 0,01%, для АИ-98 не более 0,05%.

В воздушных реактивных двигателях топливо подается в камеру сгорания непрерывно. Зажигание топлива происходит только при запуске двигателя. Воздух предварительно подается предварительно компремируется, продукты сгорания подаются в турбину, где часть тепловой энергии превращается в механическую работу для вращения колеса турбины. От вала колеса турбины приводится в движение ротор компрессора, топливный и масляный насосы. После турбины продукты сгорания проходят реактивные сопла и расширяясь в нем – создают реактивную силу тяги.

СН₃ ОН СН₃ СН₃ О ^- СН₃

СН₃ – С- - С-СН₃ СН₃ – С- -С-СН₃

→ + Н⁺

СН₃ СН₃ СН₃ СН₃

СН₃ СН₃

Агидол (ионол)

О= --NH-- =О

Параоксидифенил амин (это антиокислительная присадка)

Реактивные топлива получают на основе прямогонных керосиновых фракций. Фракционный состав реактивных топлив различных марок отличается. Для дозвуковой авиации температура начала кипения не выше 150⁰С(130-140), температура конца кипения не выше 250⁰С (ТС-1) – марка топлива. Для других топлив температура конца кипения не выше 280 ⁰С (Т-1, Т-2), температура начала кипения не выше 150⁰С. Для сверхзвуковой авиации используется топливо, которое характеризуется утяжеленным фракционным составом Т-8В фракции 165-280⁰С, Т-6 фракции 195-315⁰С.

Основные требования, предъявляемые к реактивным топливам следующие: низкая температура начала кристаллизации, высокая теплота сгорания топлива (низшая теплота сгорания должна быть для реактивных топлив не менее 43120 кДж/кг, низкая склонность к образованию отложений (образование нагара, который определяется долей ароматических углеводородов и продолжительностью окисления). Содержание ароматических углеводородов для дозвуковой авиации не более 22%, для сверхзвуковой не более 10%, для марки Т-6 и для Т-8В также не более 22%.

Термоокислительная стабильность (в течении 4-5 часов при температуре 150⁰С, определяют количество осадка, в течении 4 часов- количество осадка не должно превышать более 8 мг/100см^3.

Низкая коррозионная активность (агрессивность), определяется содержанием общей серы, (содержание гетероатомных соединений), которая не должно превышать 0,1% при содержании меркаптановой серы не более 0,003%. Сульфидная, теофеновая, теофановая сера не обладает коррозионной активностью.

Содержание кислот, щелочей и механических примесей недопустимы, т.е. должно быть полное отсутствие.

В топливах для сверхзвуковой авиации при необходимости добавляют моюще-диспергирующие (детергентно-диспергирующие) присадки: они добавляются для предотвращения прилипания частичек нагара к металлической поверхности. Эти поверхностно-активные вещества, препятствуют слипанию, укрупнению продуктов нагара или отложений

Дизельные топлива представляют собой фракцию от температуры начала кипения от 140 до 200⁰С и до температуры конца кипения от 330 до 360⁰С. Выбор пределов отбора зависит от химического состава нефти и от марки получаемого дизельного топлива. Дизельное топливо используется в дизельных двигателях, где сжигание топлива происходит путем самовоспламенения топлива при повышении температуры до 700⁰С при сжатии воздуха. Топливо впрыскивается в жидком виде в форсунки и самовоспламеняется.

Основной показатель дизельного топлива – цетановое число, характеризует самовоспламенение топлива (н-С₁₆Н₃₄ нормальный гексадекан). Самую высокую воспламеняемость имеют парафины линейного строения, чем больше молекулярная масса, тем лучше воспламеняемость. С₁₆Н₃₄- граничит между жидким и твердым углеводородами. Изопарафины имеют достаточно хорошую воспламеняемость, а С₁₆ – в дизельном топливе нежелателен.

По воспламеняемости следуют можно записать следующий ряд углеводородов:(самое высокое у н-парафина, низкое у ароматических):

н-парафины > i-парафины > нафтены > олефины > ароматические УВ

То есть, чем больше колец у ароматических углеводородов, тем хуже воспламеняемость.

Если цетановое число составляет 45-60, то это наиболее благоприятный показатель для товарных топлив. Если цетановое число выше этого интервала, то это приводит к высокому воспламенению, увеличивается дымность отработанных (выхлопных) газов, повышается расход топлива, неполная сгораемость. Для летних топлив температура застывания должна быть не ниже –10⁰С. Если цетановое число завышено, то нужно снизить температуру конца кипения дизельной фракции. Если цетановое число высокое, то дизельное топливо выделено из высокопарафиновой нефти, то производят депарафинизацию.

Если цетановое число у прямогонной дизельной фракции низкое, то наиболее экономичным является проведение компаундирования из нефтей различных месторождений, здесь обязательно регламентируется фракционный состав.

Дизельное топливо выпускают трех марок:

Фракц состав	Диз топл летние	Диз топл зимнее	Диз топл аркт
50%	Не выше 280^0С	Не выше 280^0С	Не выше 255^0С
96%	Не выше 360^0С	Не выше 340^0С	Не выше 330^0С

Облегчение фракционного состава приводит к улучшению испаряемости топлив и нарастанию давления в цилиндре двигателя. Повышение температуры конца кипения, т.е. утяжеление фракций приводит: к ухудшению низкотемпературных характеристик; к увеличению плотности и вязкости.

Котельные и тяжелые моторные топлива. Различают мазут двух типов – топочный и флотский. Мазут топочных – марок М-40 и М-100 и мазут флотский Ф-5, Ф-12.

М-40 и М-100 применяют в стационарных паровых котлах и промышленных печах.Ф-5 и Ф-12 применяется в судовых энергетических установках в качестве моторного топлива.

Цифры в маркировке этих топлив обозначают вязкость условную, определенную при 50⁰С – вязкость основной показатель.

Выводы: Основные эксплуатационные свойства бензинов определяются испаряемостью – эффективностью сжигания топлива. Нормальная работа двигателя обеспечивается быстрым сгоранием топлива: 0,002-0,004 сек. Чтобы топливо соответствовало заданным характеристикам, определяют следующие параметры: давление насыщенных паров; фракционный состав, ρ²⁰₄. Чтобы обеспечивалось испарение топлив с заданной скоростью, нормируются пределы выкипания узких фракций.

Дата добавления: 2014-01-07