Дизельное топливо

Ди́зельное то́пливо — жидкий продукт, использующийся как топливо в дизельном двигателе внутреннего сгорания. Обычно под этим термином понимают топливо, получающееся из керосиново-газойлевых фракций прямой перегонки нефти.

Название «солярка» происходит из нем. Solaröl[1] — «солнечное масло»: так ещё в 1857 году называли более тяжёлую фракцию, образующуюся при перегонке нефти. Фракция названа так в связи с желтоватым цветом. Советская нефтеперерабатывающая промышленность выпускала продукт «Соляровое масло ГОСТ 1666-42 и ГОСТ 1666-51».

Применение

Основные потребители дизельного топлива — железнодорожный транспорт (тепловозы, автомотрисы, дизель-поезда), грузовой автотранспорт, автобусы, водный транспорт, военная техника, дизельные электрогенераторы, сельскохозяйственная техника, а также легковой дизельный автотранспорт. Кроме дизельных двигателей, остаточное дизельное топливо (соляровое масло) зачастую используется в качестве котельного топлива, для пропитывания кож, в смазочно-охлаждающих средствах и закалочных жидкостях, при механической и термической обработке металлов.

Основные характеристики топлива

Различают дистиллятное маловязкое — для быстроходных, и высоковязкое, остаточное, для тихоходных (тракторных, судовых, стационарных и др.) двигателей. Дистиллятное состоит из гидроочищенных керосино-газойлевых фракций прямой перегонки и до 1/5 из газойлей каткрекинга и коксования. Вязкое топливо для тихоходных двигателей является смесью мазутов с керосиново-газойлевыми фракциями. Теплота сгорания дизельного топлива в среднем составляет 42624 кДж/л (10180 ккал/л).

В общем случае дизельное топливо, применяемое для дизельных двигателей, должно соответствовать требованиям, изложенным в межгосударственном стандарте ГОСТ 32511-2013[≡] (EN 590:2009) и обязательного к применению с 1 января 2015 г.

Дизельное топливо, применяемое для быстроходных дизельных и газотурбинных двигателей наземной и судовой техники, а также предназначенное для экспорта, должно соответствовать требованиям, изложенным в межгосударственном стандарте ГОСТ 305-2013 «Топливо дизельное. Технические условия»[≡] (введённого взамен ГОСТ 305-82[≡]) и обязательного к применению с 1 января 2015 г.

Дизельное топливо с содержанием серы 2000 мг/кг по ГОСТ 305—2013 «Топливо дизельное. Технические условия» с даты введения 01.01.2015 г. не допускается к реализации через автозаправочные станции общего пользования (раздел.1 «Область применения»).

Отбор пробы дизельного топлива для оценки его качества производится в соответствии со стандартом ГОСТ 2517-2012 «Нефть и нефтепродукты»[≡].

Вязкость и содержание воды

Различают так называемое зимнее и летнее дизельное топливо. Основное различие в температуре предельной фильтруемости (ASTM D6371, ГОСТ 22254-92) и температурах помутнения и застывания (ASTM D97, ASTM D2500, ГОСТ 20287-91), указанной в стандартах на это топливо. Производство зимнего топлива обходится дороже, но без предварительного подогрева невозможно использовать летнее топливо, например, при −10 °C. Ещё одной проблемой является повышенное содержание воды в дизельном топливе. Вода отслаивается при хранении дизтоплива и собирается внизу, так как плотность дизтоплива меньше 1 кг/л. Водяная пробка в магистрали полностью блокирует работу двигателя. Требования межгосударственного стандарта ГОСТ 305—2013 «Топливо дизельное. Технические условия» регламентируют кинематическую вязкость при 20 °C для летних сортов в пределах 3,0÷6,0 сСт, для зимних сортов 1,8÷5,0 сСт, для арктических 1,5÷4,0 сСт. Этот стандарт требует также отсутствия воды во всех марках топлива.

Воспламеняемость

Основной показатель дизельного топлива — это цетановое число (Л-45). Цетановое число характеризует способность топлива к воспламенению в камере сгорания и равно объёмному содержанию цетана в смеси с α-метилнафталином, которое в стандартных условиях ASTM D613 имеет одинаковую воспламеняемость по сравнению с исследованным топливом. Температура вспышки, определённая по ASTM D93, для дизельного топлива должна быть не ниже 55 °C по ГОСТ 32511-2013[2]. Температура перегонки, определённая по ASTM D86, для дизельного топлива не должна быть ниже 200 и выше 350 °C.

Содержание серы

В последнее время в рамках борьбы за экологию жёстко нормировано содержание серы в дизельном топливе в России не проводится. Под серой здесь понимается содержание сернистых соединений — меркаптанов (R-SH), сульфидов (R-S-R), дисульфидов (R-S-S-R), тиофенов, тиофанов и др., а не элементарная сера как таковая; R — углеводородный радикал. Содержание серы в нефти находится в пределах от 0,15 % (лёгкие нефти Сибири), 1,5 % (нефть Urals) до 5—7 % (тяжёлые битуминозные нефти); допустимое содержание в некоторых остаточных топливах — до 3 %, в судовом топливе — до 1 %, а по последним нормативам Европы и штата Калифорния допустимое содержание серы в дизельном топливе — не более 0,001 % (10 ppm). Понижение содержания серы в ДТ, как правило, приводит к уменьшению его смазывающих свойств, поэтому для ДТ с ультранизким содержанием серы обязательным условием является наличие смазывающих присадок.

Порядковый номер согласно принятой ООН системе: 1202, класс — 3.

Физические свойства

В России регламентируются ГОСТ 305-82*:

Летнее дизельное топливо: Плотность: не более 860 кг/м³. Температура вспышки: 62 °C. Температура застывания: −5 °C. Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180—360 °C. Рост температуры конца выкипания приводит к усиленному закоксовыванию форсунок и дымности. Дизельное топливо в воде малорастворимо, не реагирует с ней. Не агрессивно по отношению к металлам. Токсично.

Зимнее дизельное топливо: Плотность: не более 840 кг/м³. Температура вспышки: 40 °C. Температура застывания: −35 °C. Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180—340 °C. Также зимнее дизельное топливо получается из летнего дизельного топлива добавлением депрессорной присадки, которая снижает температуру застывания топлива, однако слабо меняет температуру предельной фильтруемости. Кустарным способом в летнее дизельное топливо добавляют до 20 % керосина ТС-1 или КО, при этом эксплуатационные свойства практически не меняются. Более трудоёмкий метод — вымораживание летнего топлива при отрицательной температуре. При этом жидкая фракция используется как зимнее топливо, а выпавший осадок используется в летний (тёплый) период.

Арктическое дизельное топливо: Плотность: не более 830 кг/м³. Температура вспышки: 35 °C. Температура застывания: −55 °C[3]. Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180—320 °C. Пределы кипения арктического топлива примерно соответствуют пределам выкипания керосиновых фракций, поэтому данное топливо — по сути утяжелённый керосин. Однако чистый керосин имеет низкое цетановое число 35-40 и недостаточные смазывающие свойства (сильный износ ТНВД). Для устранения данных проблем в арктическое топливо добавляют цетаноповышающие присадки и минеральное моторное масло для улучшения смазывающих свойств. Более дорогой способ получения арктического дизельного топлива — депарафинизация летнего дизельного топлива.

Безопасность

Дизельное топливо — ядовитое вещество[4]. В больших концентрациях дизельное топливо обладает наркотическим и общеядовитым действием, проникает через неповреждённую кожу. Вызывает отравление при вдыхании паров и пыли.

Рекомендуемая ПДК в рабочей зоне составляет 300 мг/м³ (в пересчёте на углерод)[5].

В соответствии с ГОСТом 12.1.007-76 дизельное топливо является токсичным малоопасным веществом по степени воздействия на человеческий организм, 4-ого класса опасности[6].

Различия дизельного топлива и солярки

Дизельное горючее топливо является смесью парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов, а также их производных, которые имеют усреднённый показатель молекулярной массы на отметке 120—230 а. е. м. Составляющие склонны к выкипанию при нагреве до температуры 170—380 °C. Затем дизтопливо проходит процесс очистки, после чего в него добавляются определённые присадки. Конечный продукт получает показатель вязкости на отметке около 2—4,5 мм²/с. Солярка представляет собой соляровое масло, выступая продуктом прямой перегонки нефти.

Солярку можно использовать в качестве топлива только применительно к отдельным типам дизельных двигателей. Такое топливо имеет показатель вязкости на отметке 5—9 мм²/с. Температура кипения составляет около 240—400 °C. Горючее подобного типа подходит для применения в низкооборотистых тихоходных дизельных двигателях, которые ставятся на тепловозы, суда и трактора. Дизельное топливо отличается большим количеством углеводородов, имеет более низкую температуру кипения и значительно меньшую вязкость. Солярка более вязкая, температура выкипания данного продукта также оказывается выше. Наличие серы в солярке обязательно при использовании дизелей с механическими плунжерными насосами. Бессерная солярка увеличивает износ плунжерной пары. Продаваемую на заправках бессерную солярку (для CDI, TDI) можно использовать в «тракторных дизелях», добавляя в топливо моторное масло в количестве 1—5 %. Бессерная солярка используется только для CDI, TDI с электронным впрыском.

Альтернативы традиционному дизельному топливу

Биодизель
Основная статья: Биодизель

Биодизель — смесь метиловых эфиров жирных кислот, сходная по физическим и химическим свойствам с дизельной фракцией из нефти. Биодизель имеет цетановое число не менее 51 (по сравнению с обычным дизельным топливом 42—45), температуру вспышки более 150 °C, имеет хорошие смазочные характеристики. Главный недостаток — ограниченный срок хранения после изготовления — не более 3 месяцев вследствие бактериального разложения. В то же время данное свойство является одним из главных преимуществ — в случае утечек биодизельного топлива оно подвергается полному биологическому распаду без ущерба окружающей среде.

Получается реакцией переэтерификации жирных кислот, содержащихся в растительных маслах (рапсовое, соевое, пальмовое) и метилового спирта в соотношении 10:1 в присутствии в качестве катализатора метилата натрия. Реакция происходит в процессе смешения масла и спирта в ёмкости с мешалкой при нормальной температуре 20—25 °C. Побочным продуктом является глицерин, отделяемый далее в отмывочной колонне водой.

Эмульгированное дизельное топливо

Альтернативой обычному дизельному топливу является добавление в обычное дизельное топливо 20 % воды и 1 % эмульгатора. Смесь можно использовать в обычных дизелях без их переделки. Цвет смеси — мутно-белый. Срок хранения после приготовления — около трёх месяцев. Технология применяется в Германии. Возможность добавления воды и эмульгатора в биодизель не изучена.

Эмульгаторы — вещества, обеспечивающие создание эмульсий из несмешивающихся жидкостей. Действие эмульгаторов основано на способности поверхностно-активных веществ (ПАВ) снижать энергию, необходимую для создания свободной поверхности раздела фаз. Концентрируясь на поверхности раздела смешивающихся фаз, ПАВ снижают межфазное поверхностное натяжение и обеспечивают длительную стабильность композиции. В зависимости от природы ПАВ они ускоряют образование и стабилизирует тип эмульсии, в дисперсионной среде которой они лучше растворимы.

Но добавление воды в дизельное топливо катастрофично. Для форсунок с высоким давлением (как у CDI) вода и сера является агрессивным элементом. При высоком давлении и воде в составе топлива образуется серная кислота, которая губит прецизионные каналы. Кроме того, при попадании картерных газов в масло сера сокращает срок его службы. Поэтому в инструкциях импортных автомобилей производители пишут, что срок замены масла в странах бывшего СССР (где ещё продаётся соляр с серой в 0,2 %) сокращается вдвое. Кроме того, кислоты сокращают срок службы катализаторов и сажевых фильтров.

Производство, экспорт и внутреннее потребление в России

По данным Минэнерго России, производство дизельного топлива в России в 2013 году составило 72,6 млн тонн (+4,6 % к 2012 году)[7].

Производство 201120122013
млн тонн 70,9[7] 69,4[7] 72,6[7]

Дизельное топливо занимает третье место после нефти и газа в структуре экспорта России (в денежном выражении).

Экспорт 200520062007200820092010201120122013
млн тонн 33,8 36,1 35,7 н/д н/д н/д 39,6[7] 41,4[7] 43,0[7]
млрд долл 16,2 20,2 21,4 н/д н/д н/д н/д н/д н/д

См. также

Примечания
  1. Solaröl in Pierer’s Universal-Lexikon (нем.)
  2. ГОСТ 32511-2013 4 Технические требования — 4.2 п6
  3. Топливо дизельное. ГОСТ 305-82 (Дата введения 01.01.83). Дата обращения: 18 июня 2015.
  4. name=https://docs.cntd.ru_Disel
  5. name=https://docs.cntd.ru_ГОСТ(недоступная+ссылка) 12.1.005-76. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования
  6. name=https://docs.cntd.ru_ГОСТ(недоступная+ссылка) 12.1.007-76. Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности (с Изменениями N 1, 2)
  7. Итоги работы ТЭК России в 2013 году // Минэнерго России, 13 января 2014

Литература
  • Товарные нефтепродукты, их свойства и применение. Справочник, под ред. Н. Г. Пучкова, М., 1971;
  • Нефтепродукты. Справочник, под ред. Б. В. Лосикова, М., 1966.

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.