Детонаційна стійкість бензинів

Однією з важливих характеристик бензина як рідкого горючого є його детонаційна стійкість.

Щоб зрозуміти явище детонації, згадаємо як працює двигун внутрішнього згорання автомобіля.

В циліндр двигуна засмоктується суміш парів бензина з повітрям, суміш стискається порчинем і підпалюється електричною іскрою. Гази, які утворились при згоранні вуглеводнів розширюються і виконують роботу. Чим сильніше стискається суміш парів бензину з повітрям, тим більшу потужність розвиває двигун і тим менше він витрачає палива. Але не всі сорта бензину витримують сильне стискання. Деякі вуглеводні при стискуванні загоряються раніше і згорають з дуже великою швидкістю, з вибухом.

Від удару взривної хвилі в поршень появляється різкий стук в циліндрі, відбувається сильне зношення деталей, міцність двигуна падає. Це взривне згорання бензину носить назву детонації.

Найменшу стійкість до детонації мають парафіни нормальної будови. Вуглеводні розгалужені, а також ненасичені і ароматичні більш стійкі до детонації, вони видержують більш сильне стиснення горючої суміші і відповідно, дозволяють конструювати більш потужні двигуни.

Для кількісної характеристики детонаційної стійкості бензинів розроблена октанова шкала. Кожен вуглеводень і кожний сорт бензина характеризується певним октановим числом. Октанове число ізооктана має високу детонаційну стійкість і приймається за 100. Октанове число н-гептана, який легко детонується, прийнято за 0. якщо говорять, що бензин має октанове число 76, то це означає, що він допускає такий же стиск в циліндрі без детонації, як суміш 76% ізооктану і 24% гептана. Бензин, який отримують прямою перегонкою нафти мають порівняно низькі октанові числа. При крекінгу нафти отримують бензин з більш високим октановим числом.

Література

1. А. В. Домбровський. В. М. Найдан, Органічна хімія, Вища школа, 1992

2 В. .М. Потапов, С. Н. Татаринчик, Органическая химия, Химия, 1989.

Лекція 17

Тема. Характеристика і сорта палив

Мета лекції: Дати поняття про види, сорта палив, їх характеристика, паливні суміші, характеристика закордонних і вітчизняних палив.

Матеріал лекції сприяє формуванню наступних компетенцій: загально-наукові компетентності КЗН-4 (Базові знання фундаментальних наук в обсязі, необхідному для освоєння загально-професійних дисциплін); Інструментальні компетентності КІ-5 (Усне і письмове спілкування рідною мовою); Системні компетентності (застосувати свої знання на практиці) КС-1

В процесі вивчення теми: «Характеристика і сорта палив» курсант повинен отримати:

знання, про:

• способи очищення нафтопродуктів;

• характеристика палива:

• в’язкість палива;

• метанове число палива;

• присадки до палива;

• які палива застосовують в судових дизелях;

• що таке паливні суміші;

• характеристики палив вітчизняного і закордонного виробників.

вміння:

- користуючись таблицями визначати сумісність компонентів паливної суміші;

План лекції

1. Характеристика нафти з точки зору сировини для виробництва палив і масел.

2. Характеристика і сорта палив.

3. В’язкість палива.

4. Цетанове число палива.

5. Присадки до палива.

6. Палива, що застосовують в судових дизелях.

7. Що таке паливні суміші.

8. Як визначається сумісність компонентів паливної суміші.

9. Характеристика палив вітчизняного і закордонних виробників.

На попередній лекції ми роздивились з вами читання, що являє собою нафта як сировина для отримання рідких палив і масел.

Нафта – це основна сировина для отримання палив двигунів внутрішнього згорання. Процес переробки нафти складається із попередньої підготовки (зневоднення, обессолювання, вилудження) переробки і очищення отриманих дистилятів. Дистилятами, або фракціями, називаються продукти переробки, отримані із нафти випаровуванням в зоні певних температур в атмосферно-вакуумних установках.

Хімічна будова вуглеводнів, які входять до складу кожної фракції при цьому не змінюється.

З отриманих дистилятів після їх очищення отримують «світлі» нафтопродукти – бензин, лігроїн, керосин, дизельне паливо. Вихід їх із нафти, при прямій перегонці не перевищує 40-60%. З метою збільшення виходу нафтопродуктів застосовують хімічні способи переробки (крекінг процес)

Тобто розщеплення, молекул важких вуглеводнів на більш легкі із низькою температурою кипіння. Сировиною для крекінга служать керосинові і газойлеві фракції палив і мазут, отримані при прямій перегонці. Останній час більшу частину палив для дизелів отримують змішуванням продуктів прямої перегонки і крекінга, які пройшли очищення.

Як здійснюють очищення нафтопродуктів?

При хімічному очищенні дистилятів застосовують сульфатну кислоту, луг, амоніак, вапно, які вступають в хімічні реакції з речовинами, які вступають в хімічні реакції з речовинами, які потрібно видалити.

При інших засобах очищення використовують відбілюючи землі, глини і інші тверді речовини, які поглинають домішки, а також поглинають розчинники. Очищення дистилятів зменшує в нафтопродуктах смоли, золу, коксоутворюючі речовини.

Дизельне паливо – це головним чином продукти прямої перегонки нафти і частково крекінг процесу. Отримані із парафінових і сірчистих нафт дизельне паливо піддають спеціальній очистці.

Деперафинизація – це процес заморожування парафіну з високою температурою кристалізації або обробка спеціальними речовинами, які утворюють з парфінами тверді сполуки, які видаляються фільтруванням.

Світлі нафтопродукти очищають від сірчастих сполук шляхом гідрогенізації, тобто обробкою воднем. При цьому сірка, яка міститься в рідких нафтопродуктах, виділяється в вигляді газоподібного сірководню.

Що розуміють під характеристикою палива?

Характеристиками називають експлуатаційні властивості палива, які визначають процеси його подачі, сумішоутворення і згорання, а також здібність визивати нагароутворення на деталях.

До основних характеристик палив, які регламентуються відповідними стандартами, відносяться в’язкість, метанове число, густина, фракційний склад, загорання, температура застигання, температура спалаху, температура загорання і само загорання, елементарний хімічний склад, теплота згорання, коксування, зольність, кислотність, вміст сірки, механічних домішок і води.

В’язкість – це властивість рідкого палива (як і любого іншого нафтопродукту) утворювати опір переміщенню його частинок під дією зовнішніх сил.

В’язкість - один з основних показників палива, який визначає якість його розпилення в камері згорання дизеля. Марка палива характеризується кінематичною або умовною в’язкістю.

Одиниця кінематичної в’язкості – мм²/с (в’язкість в мм²/с має дистильована вода при 293 К). При підвищенні температури в’язкість палива зменшується, тому завжди вказують температуру, при якій в’язкість визначається. В деяких країнах в’язкість вимірюють в секундах Редвуда с #_х або Сейболта S_v^.

Цетанове число – показник загорання дизельного палива, чисельно рівний такому процентному (по об’єму) вмісту рідкого вуглеводню цетана в суміші з альафметилнафталіном, при якому періоди затримки загорання цієї суміші і випробувального палива однакові, метанове число важких моторних палив в середньому складає 25 одиниць, дистилятних дизельних палив – 50 одиниць.

Для чого потрібні присадки до палив?

Присадками називають хімічні сполуки, які добавляють до палив для покращення їх властивостей. Присадки зменшують нагароутворення, покращують процес згорання палива, нейтралізації продуктів згорання, підвищенню якості палива проти окиснення .

До дизельних палив частіше всього додають так звані багатофункціональні присадки, тобто такі, які покращують не одну, а декілька властивостей палива.

Які палива застосовують в судових дизелях?

Палива, які застосовуються в судових дизелях діляться на два класа – дистилятні і важкі. До дистилятного палива відносяться дизельне літнє (Л) а також зарубіжні палива «ГазОйл», «Марін Дизел Ойл» та інші. Вони мають низьку в’язкість, а тому не потребуют попереднього підігріву, використовуються в високо обертаючих дизелях і середньо оборотних дизелях, а також як добавка до важкого палива при необхідності знизити його в’язкість.

Важкі сорта палива відрізняються від дизельного високою температурою застигання, підвищеною в’язкістю, наявністю великої кількості важких фракцій, підвищеним вмістом сірки, золи, води та механічних домішок. Вони бувають Вони бувають мало, середнє і сильно вязкими, а також мало і багато сірчистими. Обмежені запаси нафти і зростаючий дефіцит дистилятних фракцій обумовлює виникнення ряду проблем при використанні на судах палив. Заміна дизельного палива в середньо обертових дизелях важкими сортами дуже актуальна, так як паливо менш дефіцитно і дешевше. В групу палив середньої і підвищеної в’язкості, які виробляє вітчизняна промисловість входять моторне дизельне паливо (ГОСТ 1667-68), флотський мазут Ф-5 і Ф-12 і паливо інших марок (ГОСТ 10585-75). На сьогодні проводиться уніфікація важких палив і в подальшому замість 11 марок буде три: мало, середньо і високов’язке паливо.

Важке паливо буде складатись із мазута і дистилятних фракцій вторинних процесів.

Так, малов’язке паливо буде містити дистилятні фракції термічного крекінга; високов’язке легке – мазут і дистилятні фракції вторинних процесів , а важке – мазут, крекінг – залишки, екстракти. Високов’язке легке паливо еквівалент не експортному мазуту, а важке – мазуту 40.

В цих палив будуть високі в’язкість, густина, підвищенний вміст золи, механічних сумішей і сірки.

З метою регламентації якості палив ИСО в 1982 році разом з міжнародним союзом виробників двигунів внутрішнього згорання запропонував новий проект стандарта на паливо для суден (ИСОТС 28/SC 4WG6), який включає 4 сорта дистилятного (DMI 15 сортів залишкового (РМ) палив.

На сьогодні в’язкісні характеристики дизельних і важких вітчизняних палив значно нижче характеристик таких же палив, передбачених проектом міжнародного стандарта.

В’язкісні характеристики перспективних вітчизняних палив близькі до характеристик палив міжнародного стандарта.

Що являють собою паливні суміші?

З метою прискорення бункеровки суден і розширення долі потреб найбільш економічних марок палив рекомендовані паливні суміші і мазут марки 40 і 40В і дизельні палива марки Л або З для суден з системами паливо підготовки, які забезпечують застосування палива ДМ і ДТ, експортні мазути марок МО,9, М1,5 або М2,0 і дизельні палива марок Л, А або 3 для суден з системами паливо підготовки, які забезпечують застосування палива ДТ застосування сумішей важких палив з дизельним дозволяє економити дизельне паливо, експлуатувати всі двигуни на паливах з найбільш оптимальними характеристиками, міняти якість палива (склад суміші) в залежності від умов експлуатації (режима роботи двигуна, їх технічного складу).

Іноді на практиці можливі випадки, коли компоненти, які використовуються для паливної суміші не повністю сумісні і застосування такої суміші приводить до неякісного сумішоутворення і неповному згоранні палива, утворенню на деталях камери згорання нагару. Тому необхідно визначати сумісність компонентів суміші.

Як визначають сумісність компонентів суміші?

Метод визначення сумісності палив оснований на утворенні дисперсної (не перемішуючої) фази при змішуванні не повністю сумісних вихідних палив. Для цього каплю приготовленої суміші наносять на бумажний фільтр. Шляхом порівняння утвореного пятна з рядом еталонних пятен оцінюють сумісність вихідних палив. Метод застосовують для сумішей із високов’язких палив і дизельного палива, частка якого в суміші може досягати 75% (такі суміші найбільш стабільні, а тому якщо вихідні палива будуть сумісними в цьому співвідношенні, то вони будуть сумісними в інших пропорціях).

Приготовлену суміш наливають в пробірку, суміш спочатку підігрівають до 323 К, а потім охолоджують до 293 К. Перемішують суміш в пробірці скляним стержнем, його установлюють вертикально над центром бумажного фільтра на відстані 5-10 мм і дають каплі упасти. Утворена пляма повинна висихати 20-30 хвилин. Аналогічно наносять каплі на останні приготовлені фільтри для повторення результатів. Отримані плями порівнюють з еталонними. Еталонні плями означають сумісність палив, які змішують. При виборі еталона різницю в яскравості, кольорі і розмірі пятна не приймають за ступінь несумісності палива.

Чи подібні характеристики вітчизняного і закордонного виробництв?

Порівняльний аналіз характеристик важких палив, які виробляються за кордоном, показує слідуючи: моторні палива і їх суміші з в’язкістю при 323 К менше 35 мм²/с, які виробляються в Росії, США, Великобританії, близькі по своїм характеристикам; для важких палив спостерігається значна різниця в в’язкості інших показниках.

Література

1. А. В. Домбровський. В. М. Найдан, Органічна хімія, Вища школа, 1992

2 В. .М. Потапов, С. Н. Татаринчик, Органическая химия, Химия, 1989.