Состав дизельного топлива

Дизельное топливо — горючее для сельскохозяйственной техники, строительных машин,
автомобилей, судов и тепловозов, оно представляет собой продукт нефтяной переработки.
Начиная с 1991 г., требования к химическому и фракционному составу продолжают
ужесточаться. Это вызвано не только тем, что некачественное топливо приводит к быстрому
износу транспорта. Ежегодный объем выбросов сгоревших элементов ДТ наносит вред
окружающей среде.

Вязкость

Показатель вязкости определяет температурные условия использования топлива. Исходя из
этого, выделяют летний, зимний и арктический виды горючего с нормами содержания 3-6,
1,8-5 и 1,5-4 мм2/с.

Летнее ДТ загустевает, если температура -5°С и ниже, а застывает при -10°С. Плотное и вязкое
горючее ухудшает сгорание вещества и приводит к тому, что расход топлива увеличивается,
возрастает дымообразование, выбрасывается большое количество сажи.

С другой стороны, маловязкое топливо отрицательно влияет на износ деталей насосов, т.к.
провоцирует подтекание форсунок. Это способствует образованию нагара. Поэтому такой вид
ДТ требует добавления противоизносных присадок.

Независимо от того, какая вязкость горючего, продукты распада использованного продукта
попадают в атмосферу и наносят экологический вред. Чтобы снизить отрицательное
воздействие выхлопов, производители занимаются разработкой систем очистки отработанного
топлива, устанавливают фильтры, на которые оседает сажа, вводят нейтрализующие вещества.

Основной химический состав дизельного топлива

Основу дизельного горючего составляют 3 группы элементов:

1. Парафиновые углеводороды. Это алканы и нефтяные парафины, производные которых
присутствуют в метане, пропане и нефти. Их содержание 10-40%.
2. Нафтеновые углеводороды встречаются в виде циклогексана и циклопентана, занимают
20-60% общего состава ДТ. Не присутствуют в газообразных веществах.
3. Ароматические углеводороды. Занимают 15-30% в конечном продукте.

На качество влияют и механические примеси, вода, смолистые и сернистые соединения.

Фракционный состав

С помощью данных о фракционном составе дизельного топлива производят расчет времени
перехода горючего из жидкого состояния в газообразное под воздействием высокой или
низкой температуры.

Чем меньше фракций и выше температура кипения, тем быстрее происходит испарение. Это
означает, что такое топливо рекомендуется использовать для двигателей тепловозов. Если
применять облегченный фракционный состав в других моторах, это может привести к
быстрому износу компонентов моторной системы. Снижается цетановое число, провоцируя
нарастание давления в клапанах.

Если утяжелить горючее путем добавления фракций, смесь будет образовываться медленно, а
во время испарения останутся капли жидкости. Они не сгорят, а осядут, образуя нагар и
закупоривая форсунки. Мощность дизеля уменьшится, а потребление ДТ возрастет.

Механические примеси дизельного топлива

Сернистые нефти являются сырьем для производства ДТ. Процесс очистки от серы сложный и
дорогостоящий. Однако повышенное содержание этого элемента приводит к уменьшению
срока эксплуатации технического оборудования и транспортных средств.

И активные, и неактивные сернистые соединения вызывают коррозию металла. Нужно
учитывать, что современные модели дизелей более склонны к окислению и образованию
нагара. Поэтому в моторное масло нужно добавлять моющие присадки и менять его чаще, чем
в старых образцах ДВС.

Опасность представляет и конденсат, образующийся при запуске и прогреве мотора, поскольку
он приводит к скоплению воды, которой в топливе быть не должно.

Следует избегать работы двигателя при перепадах температур, частого использования
холостого хода, что бывает характерно для тепловозов и других ДВС большого объема. Такие
условия увеличивают расходы на эксплуатацию и количество ремонтов оборудования в
несколько раз.

Причиной появления примесей может стать неправильное хранение и транспортировка
горючего. Чтобы избежать необходимости применения большого количества присадок, нужно
придерживаться следующих рекомендаций:

• поддерживать чистоту в топливном баке.
• сливать отстой из фильтра.

Свойства ДТ при низких температурах

Чтобы уменьшить температуру, при которой топливо становится вязким, в его состав включают
тяжелые фракции углеводорода. Больше всего таких примесей в арктической марке топлива.

Летнее горючее начинает мутнеть при -3°С. Если допустить его кристаллизацию, могут выйти
из строя поршни. Исправить данную проблему не представляется возможным. Поэтому следует
использовать ту марку топлива, свойства которой отвечают температурным условиям.

Средневязкое топливо сохраняет текучесть при низких температурах. Это означает, что
рабочий процесс в двигателе будет экономичным и эффективным.

Коррозийность топлива

Коррозионное воздействие на ДВС совершается соединениями серы. Имеются в виду
сульфиды, дисульфиды, меркаптаны, тиофаны и т.д.

По европейским нормам, количество серы не должно превышать 0,001% (ультранизкое
содержание). При таком показателе нужно добавлять в состав антифрикционные присадки,
которые предотвращают стирание деталей. Такие действия предпринимают, поскольку
смазочные свойства топлива снижаются в подобных условиях.

На территории РФ действуют нормы от 0,15 до 5-7%, требующие введения присадок,
компенсирующих вредное воздействие серы.

Коррозия может быть и газовой. Она образуется вследствие действия высокой температуры,
возникающей при сгорании сернистого и серного ангидридов. Не исключается
низкотемпературная коррозия, к которой приводят накопления водорастворимых кислот в
масле.

Для их нейтрализации используется водонерастворимый едкий натр (КОН). Его применение
ограничивается 5 мг на 100 мл ДТ.

От чего зависит химический состав дизельного топлива

Поскольку ДТ — это нефтепродукт, его химический состав может изменяться в зависимости от
внешних факторов:

• где добывают нефть, какой ее первоначальный состав.
• какова температура перегонки.
• какие присадки используются.

На что влияет состав ДТ

Одной из важнейших характеристик, на которую влияет состав ДТ, является показатель
цетанового числа. Он дает информацию о том, насколько быстро происходит воспламенение
горючей смеси. Чем выше число, тем более плавно проходит процесс.

На количество единиц влияет соотношение углеводородов. Чем больше парафиновых
углеводородов, тем выше цетановое число. Если становится больше ароматических элементов,
оно снижается.

Если показатель меньше 40, это приводит к тому, что вследствие задержки воспламенения
повышается давление. Это отрицательно сказывается на износе оборудования.

Чтобы избежать этого, в ДТ добавляют легковоспламеняющиеся фракции. К таким присадкам
относятся нитросоединения, перекись углеводородов, синтин. Вводят их с помощью установки
типа УСБ, которая смешивает ДТ и цетаноповышающие присадки. Гарантийный период, в
которой можно не опасаться расслоения, — 180 дней.

Виды топлива, в которых цетановое число 45-51, считаются премиальными. При их горении
выделяется малое количество дыма, благодаря чему снижается экологический вред от
применения дизелей.

Если число свыше 60 единиц, дымность увеличивается, т.к. не все элементы сгорают.
Повышается расход топлива.

Состав горючего влияет и на все прочие характеристики:

1. Температура кипения и застывания. Чем холоднее погода, тем больше углеводородных
фракций требуется в топливе. Используются депрессионные присадки, не влияющие на
температуру помутнения. Это подходит не для всех видов двигателей.
2. Долговечность работы двигателя. Чем меньше нафтановых углеводородов и смол,
водорода и других примесей, тем более щадящим будет эксплуатация мотора.
3. Испаряемость. Становится выше, когда смолистых соединений меньше.
4. Химическая стабильность — способность не окисляться при длительном хранении.

Экологические требования к дизельному топливу

В последнее десятилетие 20 в. наметилась тенденция ужесточения экологических требований.
Отечественные нормы содержания серы, цетанового числа и фракционного состава ниже
европейских.

Вязкость топлива за рубежом рассчитывается, принимая в расчет температуру +40°С, и
составляет 2,0-4,5 мм2/с. Содержание сернистых соединений постепенно снижено до 0,001%. В
РФ действует прежняя норма 0,2%.

Массовая доля ароматических углеводородов не должна превышать 10% для соответствия
требованиям экологической безопасности. Однако способы перегонки нефти, применяемые на
территории России, позволяют не выходить за пределы 23-28%.

Норма цетанового числа в Европе — 51, РФ — 45, а для СТБ 1658-2006 — 49. Ассоциация
европейских автомобильных компаний внесла предложение утвердить показатель 58.

Фракционный состав для большинства видов достигает +360°С и совпадает с европейской
нормой.

Как работает мочевина в двигателе

Для того чтобы снизить вред, который наносят окружающей среде выхлопы дизтоплива, была
разработана система очистки. Одним из компонентов, благотворно влияющим на состав
дизеля, является мочевина. Благодаря ей удается удерживать уровень токсичности
отработанных веществ в соответствии с нормами Евро-4, Евро-5 и Евро-6.

Объяснить принцип работы можно на примере технологии Bluetec. Раствор AdBlue заливается
в отдельный бак. Система впрыска обеспечивает подачу в выпускную трубу. В качестве
мочевины для обработки состава дизеля использован карбамид.

Смесь выхлопных газов и аммиака попадает в нейтрализатор и подвергается воздействию
температуры +300°С и нейтрализующего слоя. При данных условиях возникает химическая
реакция, которая приводит к разложению азотистых соединений на азот и воду. Прочие
токсичные элементы также сгорают.

Данная система очистки имеет ряд преимуществ:

1. Безвредность. Это избавляет от необходимости уменьшать мощность двигателя, т.к. все
выхлопы разлагаются на органические вещества.
2. Соответствие европейским стандартам, что позволяет избегать расходов, связанных с
повышенным налогообложением и штрафами на территории вне РФ.
3. Экономное расходование. Средний показатель — 1л/1000 км. Если объем двигателя
большой, то на 1000 км понадобится 20 л нейтрализатора.
4. Доступность реагента. В продаже мочевина имеется в готовом виде. Можно приобрести и
органический, и искусственный раствор, расфасованный по 20 л. Стоимость 1 канистры —
7-10 евро.

Однако нужно учесть, что топливо, подходящее для реакции с мочевиной, должно быть
низкосернистым. Для использования нейтрализатора нужно специальное оборудование, что
приводит к дополнительным расходам на его внедрение и обслуживание. Раствор начинает
замерзать при -12°С, что делает невозможным его применение в условиях суровых российских
зим.