Дизельные топлива, их классификация, требования к ним по Российским ГОСТам

Дизельные двигатели получили широкое распространение. Их усредненный КПД почти вдвое может превышать КПД карбюраторного двигателя. Дизельные двигатели подразделяют на высоко-, средне- и малооборотные. Для каждого типа предназначено свое горючее. Высокооборотные дизели устанавливают в основном на автомобилях. Для них предназначено топливо, которое обычно и называют дизельным.

В Европе, например, за 15 лет (с 1975 по 1990 гг.) производство легковых автомобилей с дизельными двигателями увеличилось почти в 10 раз. В России за 12 лет (с 1999 по 2010 гг.) производство дизельного топлива, по сравнению с бензином возросло в 2 раза (таблица 6).

Дизельные двигатели имеют следующие преимущества перед карбюраторными:

1. Расход топлива в дизелях при работе на режиме максимальной мощности на 30-35% меньше, чем в карбюраторных двигателях такой же мощности. При работе на пониженных мощностях разница в удельных расходах топлива дизельного и карбюраторного двигателей еще более возрастает. Высокая эксплуатационная экономичность дизеля определяется большей степенью сжатия.
2. Топливо в дизеле воспламеняется от сжатия, что исключает систему зажигания и повышает надежность работы.
3. Равномерное распределение топлива по цилиндрам и равномерная нагрузка отдельных цилиндров двигателя достигаются передачей одинаковых порций топлива в каждый цилиндр при помощи форсунки или насоса-форсунки.
4. Средняя температура рабочего цикла дизеля ниже, чем карбюраторного той же мощности, что облегчает охлаждение.
5. Применение в дизелях более тяжелого по сравнению с бензином топлива обеспечивает пожарную безопасность, облегчает транспортирование и его хранение.
6. Дизельные двигатели допускают большие перегрузки и отличаются большей устойчивостью в работе, чем карбюраторные двигатели.

К недостаткам дизелей относится их больший удельный вес и меньшая по сравнению с карбюраторными двигателями быстроходность. В условиях низких температур наружного воздуха запуск дизелей протекает труднее, чем карбюраторных двигателей.

Дизельное топливо представляет собой нефтяную фракцию, основу которой составляют углеводороды, выкипающие в пределах от 180ºС до 360ºС, легкие газойли каталитического и термического крекинга, коксования и гидрокрекинга.

Топливо первой подгруппы производят на основе гидрогенизации (гидроочистка, гидрокрекинг).  Дистиллятные фракции вторичной переработки нефти (газойли каталитического крекинга и коксования) используют только после их гидрооблагораживания. Прямогонные среднедистиллятные фракции вовлекают в состав дизельных топлив в количестве, обеспечивающем требования по содержанию серы.

Топлива второй подгруппы вырабатывают из прямогонных среднедистиллятных и остаточных фракций с добавлением продуктов термокаталитических процессов.

Топливо вырабатываемое по ГОСТ 305-82 «Топливо дизельное», предназначено для быстроходных и газотурбинных двигателей наземной и судовой техники. Для различных климатических условий установлены три марки Д.Т.: «Л» (летнее) – для эксплуатации при температуре окружающего воздуха не ниже 0 ºС; «З» (зимнее) – до -20 ºС (tз топлива – менее -45 ºС); «А» (арктическое) – до -50 ºС.

По содержанию серы дизельные топлива вырабатываемые по этому ГОСТу, делятся на два вида: I – не более 0,2%; II – не более 0,5% (для марки «А» – не более 0,4 %). В условное обозначение топлив марки «Л» должны быть включены показатели содержания серы и температуры вспышки, марки «З» – содержания серы и температуры застывания, марки «А» – только содержанием серы.

В таблице 9 показаны физико-химические показатели ДТ.

ГОСТ Р 52368-2005 «Топливо дизельное Евро» соответствует требованиям EN 590-2004 (Таблица 10).

Топливо предназначено для использования в дизельных и газотурбинных двигателях наземной и судовой техники. При производстве дизельного топлива класса Евро разрешается применять присадки различного функционального назначения, изготовленные по технологии, утвержденной в установленном порядке.

В отличие от ГОСТа 305-82, в ГОСТе Р 52368-2005 устанавливаются дополнительные требования к следующим показателям качества: цетанове число, цетановый индекс, содержание ПАУ, окислительная стабильность, смазывающая способность, содержание метиловых эфиров жирных кислот.

Температура застывания, содержание меркаптановой серы, сероводорода и водорастворимых кислот и щелочей, концентрация фактических смол, кислотность, йодное число, коэффициент фильтруемости и содержание механических примесей в ГОСТе Р 52368-2005 не нормируются.

Для районов с умеренным климатом топлива вырабатывают шести сортов с различными требованиями к предельной температуре фильтруемости: таблица 11. Для районов с холодным и арктическим климатом вырабатывают пять классов топлив: таблица 12.

В условном обозначении указывают сорт или класс топлива в зависимости от предельной температуры фильтруемости и температуры помутнения (для класса), а также вид топлива в зависимости от содержания серы.

ТУ 38.401-58-296-2005 «Топливо дизельное автомобильное (EN 590)» – это аунтентичный перевод европейского стандарта EN 590. Топливо, вырабатываемое по этому стандарту, предназначено для дизельных двигателей, с оценкой качества топлива только международными методами испытаний. В России топливо дизельное автомобильное ЕN 590 начали вырабатывать с 2001 г., для поставок на экспорт.

Европейский стандарт EN 590 действует в странах Европейского экономического сообщества с 1996 г. Стандарт предусматривает выпуск дизельного топлива для различных климатических регионов. Общими для дизельных топлив являются требования по температуре вспышки – не ниже 55⁰С, коксуемости 10%-ного остатка – не более 0,30%, зольности – не более 0,01%, содержанию воды – не более 200ppm, механических примесей – не более 24 ppm, коррозии медной пластинки – класс 1, устойчивости к окислению – не более 25 г осадка/м³.

В 1996 г. в Европе введены ограничения на содержание серы в дизельных топливах не более 0,05%. Осуществляется ужесточение требований по сере – до 0,035 % масс. с 2000 г. и до 30 и 50 ppm в перспективе. А в шведском стандарте содержание серы должно быть – 0,001% масс.

В зарубежных стандартах также ограничивается содержание ароматических углеводородов, а в последнее время – содержание полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), как наиболее токсичных соединений. В массовых дизельных топливах их концентрация не должна превышать 6-11% масс., а по шведскому стандарту – 0,02% об. и 0,1% об.

Имеются сообщения, что глубокая гидроочистка дизельного топлива вызывает повышенный износ топливной аппаратуры, что может быть компенсировано введением противоизносных присадок.

На мировых рынках в последние десятилетия были выдвинуты новые высокие и жесткие требования к качеству дизельных топлив, обусловленные ростом дизелизации автотранспорта, экономией топлива и охраной окружающей среды. Прежде всего – это ужесточение норм на цетановое число в сторону их увеличения до 58 единиц, ограничение верхнего предела выкипаемости и повышение температуры вспышки, ужесточение норм по температуре помутнения и предельной температуре фильтруемости топлив в зимний период, улучшение показателей вязкости, цвета, стабильности, коксуемости 10 %-ного остатка и пр.

Кроме того, в соответствии с экологическими законодательствами промышленно-развитых стран, постоянно растут экологические требования к дизельным топливам.

В 1998 г. была опубликована «Всемирная топливная хартия», разработанная производителями автомобилей ведущих промышленно-развитых стран мира и содержащая рекомендации по качеству бензинов и дизельных топлив на перспективу.

Требования категории 3 рассматриваются как, отвечающие требованиям самых прогрессивных технологий, существующих в настоящее время.

В 2000 г. вышло в свет дополнение к «Всемирной топливной хартии», где представлена категория «4» особо чистых моторных топлив, характеризующихся полным отсутствием серы.

Требования «Всемирной топливной хартии» влекут за собой существенные ограничения содержания в автобензинах и дизельных топливах серы, ароматических и олефиновых углеводородов.

Депрессор должен способствовать удерживанию мелких кристаллов твердой фазы во взвешенном состоянии и равномерному распределению их по всему объему топлива.

Необходимость этого дополнительного требования обусловлена тем, что при хранении топлива с присадкой при низких температурах возможно его расслаивание и накопление кристаллов твердой фазы в нижней части емкостей. Наблюдение за образцами дизельных топлив с депрессорными присадками при хранении на открытом воздухе в зимний период (при температурах от 4 до -25ºС) показало, что объем мутного слоя постепенно уменьшается и в конце хранения составляет 1-2 % объема топлива вследствие уплотнения частиц.

Температуры помутнения и предельной фильтруемости нижнего мутного слоя на 13-14ºС выше, чем верхнего. В связи с этим установлен показатель седиментационной устойчивости дизельных топлив с депрессорными присадками при температурах ниже температур их помутнения. В качестве такого показателя принят объем мутного слоя после 12 ч выдержки в мерном цилиндре объемом 100 см³ при температуре -10ºС.

Из вышеизложенного, можно прийти к выводу, что предусмотренные по ГОСТ 305-82 показатели дизельные топлива не учитывают природно-климатические условия Крайнего Севера. По ГОСТ 305-82 температура замерзания для арктических дизельных топлив составляет -55ºС, в северных районах Якутии температура окружающего воздуха, может понизиться до -60ºС, топливо выпущенное по ГОСТ 305-82, в таких условиях эксплуатироваться не может.

Кроме того, ГОСТ 305-82 не учитывает предельную температуру фильтруемости.

Таким образом, перспективным для эксплуатации в условиях Крайнего Севера, являются экологически безопасные дизельные топлива с температурой замерзания ниже, чем -55ºС и с предельной температурой помутнения ниже, чем -44ºС.