Презентация на тему Химическая технология топлива

нефти и колеблется в пределах 10-70%.
Алканы имеют самую

высокую температуру сгорания, желательны в бензинах и дизельных топливах.
В природе существуют нормальные (н-алканы) и изомерные (изо-алканы) алканы. Детонационная стойкость изоалканов намного выше, чем у нормальных алканов.

Входящие в нефть углеводородные соединения подразделяются на следующие основные группы (или ряды):

Алкановые (парафины).

Общая формула СпН2п.
В большинстве нефтей содержится 60-70% цикланов.
Желательны для бензинов и зимних сортов дизельных топлив.
Их детонационная стойкость занимает промежуточное положение между изо– и нормальными алканами.

Нафтеновые (цикланы).

по сравнению с алканами и цикланами, самой высокой детонационной

стойкостью.
Однако арены повышают токсичность выхлопных газов.

Непредельные углеводороды (алкены).
Общая формула СпН2п-2.
В сырой нефти отсутствуют, образуются в процессе ее переработки.
Желательны в бензинах и дизельных топливах.
Обладают высокой детонационной стойкостью. Оказывают влияние на химическую стабильность топлив.
Сернистые соединения
Сернистые соединения в нефти являются вредными и требуют удаления.
Они снижают мощность двигателей, увеличивают расход топлива и количество ремонтов двигателей, повышают токсичность выхлопных газов.
Нефти сибирских месторождений России имеют высокие содержания серы и более низкое качество, чем, например, низкосернистые (мягкие) нефти с месторождений Азербайджана и стран Персидского залива.

Ароматические (арены).

Прямая перегонка (постепенное или однократное нагревание при атмосферном давлении).

Разделение нефти на фракции без изменения группового состава углеводородов.
2. Крекинг (нагревание при повышенном давлении).
3. Коксование (нагрев без доступа воздуха).
4. Каталитический крекинг (нагревание в присутствии катализаторов).
5. Синтезирование (в присутствии катализаторов) применяется для получения высококачественных добавок к бензинам.
Риформинг (нагревание до 350…520°С при давлении 1,5…4 МПа, в присутствии катализаторов, содержащих платину, иридий, германий и др., а также в присутствии водорода). Применяется для получения из бензиновых фракций нефти 80-85% бензина с октановым числом 90-95.

2000- 3000 м/с
Последствия детонации
Повышенная отдача тепла от сгоревших газов
Увеличение

коэффициента теплопередачи
«Сдирание» масляной пленки с поверхности цилиндра
Повышенный износ цилиндров и колец
Разрушение антифрикционного слоя шатунных подшипников
Залегание верхних колец
Внешние признаки:
Металлический стук;
Дымный выхлоп;
Перегрев двигателя;

Детонация

При сжатии рабочей смеси, температура и давление повышаются, и начинается окисление углеводородов, которое интенсифицируется после воспламенения смеси. Если углеводороды несгоревшей части топлива обладают недостаточной стойкостью к окислению, начинается интенсивное накапливание перекисных соединений, а затем — их взрывной распад. При высокой концентрации перекисных соединений, происходит тепловой взрыв, который вызывает самовоспламенение топлива.

Детонация – самовоспламенение небольшого объема горючей смеси, наиболее удаленного от свечи, под действием его нагрева надвигающимся фронтом пламени (возникновение ударных волн).

перегрева двигателя;
Центральное расположение свечи зажигания;
Недопущение образования нагара ;
Уменьшение диаметра

цилиндра;

детонационную стойкость топлива (способность топлива противостоять самовоспламенению при сжатии)

для двигателей внутреннего сгорания.
Число равно содержанию (в процентах по объёму) изооктана (триметилпентана) в его смеси с н-гептаном, при котором эта смесь эквивалентна по детонационной стойкости исследуемому топливу в стандартных условиях испытаний.
Изооктан трудно окисляется даже при высоких степенях сжатия, и его детонационная стойкость условно принята за 100 единиц.
Сгорание в двигателе н-гептана даже при невысоких степенях сжатия сопровождается детонацией, поэтому его детонационная стойкость принята за 0.
Для бензинов с октановым числом выше 100 создана условная шкала, в которой используют изооктан с добавлением различных количеств антидетонаторов.

полноразмерном автомобильном двигателе, или на специальных установках с одноцилиндровым

двигателем.
На полноразмерных двигателях при стендовых испытаниях определяют так называемое фактическое октановое число (ФОЧ), а в дорожных условиях — дорожное октановое число (ДОЧ).
На специальных установках с одноцилиндровым двигателем определение октанового числа принято проводить в двух режимах:
- более жёсткий (моторный метод) и менее жёсткий (исследовательский метод).
Октановое число топлива, установленное исследовательским методом, как правило, несколько выше, чем октановое число, установленное моторным методом.
Точность определения октанового числа, более правильно именуемая воспроизводимостью, составляет единицу. Это означает, что бензин с октановым числом 93 может показать на другой установке при соблюдении всех требований метода определения октанового числа (ASTM D2699, ASTM D2700, EN 25163, ISO 5163, ISO 5164, ГОСТ 511, ГОСТ 8226) совсем другую величину — например, 92. Существенным является то, что обе величины, 93 и 92, являются и точными, и правильными и при этом относятся к одному и тому же образцу топлива.

(ОЧИ) определяется на одноцилиндровой установке с переменной степенью сжатия,

называемой УИТ-65 или УИТ-85, при частоте вращения коленчатого вала 600 об/мин, температуре всасываемого воздуха 52°С и угле опережения зажигания 13 град. Оно показывает, как ведёт себя бензин в режимах малых и средних нагрузок.

вращения коленчатого вала 900 об/мин, температуре всасываемой смеси 149°С

и переменном угле опережения зажигания.
ОЧМ характеризует поведение бензина на режимах больших нагрузок. Оказывает влияние на высокую скорость и детонацию при частичном дроссельном ускорении и работе двигателя под нагрузкой, движении в гору и т. д.
ОЧМ имеет более низкие значения, чем ОЧИ.

Моторное октановое число (ОЧМ)

переменных режимах происходит фракционирование бензина, необходимо раздельно оценивать детонационную

стойкость его различных фракций. Октановое число бензина, с учётом его фракционирования в двигателе, получило название «распределение октанового числа» (ОЧР).
Углеводороды, которые содержатся в топливах, значительно различаются по детонационной стойкости:
наибольшее октановое число имеют ароматические углеводороды и парафиновые углеводороды (алканы) разветвлённого строения,
наименьшее октановое число имеют парафиновые углеводороды нормального строения.
Топлива нефтяного происхождения, полученные каталитическим риформингом и крекингом, имеют более высокие октановые числа, чем полученные при прямой перегонке.

— применение современных технологий получения топлив, например, каталитического крекинга,

риформинга и др. Современная технология дает возможность получить базовые бензины с ОЧ 75—80 по моторному методу и 80—94 по исследовательскому методу.
Второй способ повышения ОЧ заключается в добавлении в базовые бензины высокооктановых компонентов, таких, как изооктан, алкилбензол и др., которые обладают ОЧ по моторному методу около 100 ед, Таких компонентов добавляют в базовый бензин до 40 %, значительно повышая его детонационную стойкость.
Третьим способом повышения детонационной стойкости топлив является добавление к ним антидетонаторов, т. е. химических соединений, которые при очень незначительной их концентрации в топливе (десятые доли грамма на 1 кг топлива) существенно увеличивают его детонационную стойкость.

Повышение детонационной стойкости топлив.

(ТЭС) Рb(С2Нб)4.
ТЭС — бесцветная или слегка желтоватая жидкость

высокой плотности (ρ = 1652 кг/м3), хорошо растворяется в бензине.
Температура кипения около 200°С.
Эффективность ТЭС в 600 раз выше, чем у бензола; по своим антидетонационным свойствам он практически не имеет себе равных.
Большим недостатком ТЭС является высокая токсичность этого соединения, поэтому обращение с ним требует самых строгих мер предосторожности и защиты.
В чистом виде этот антидетонатор применять нельзя, так как при его сгорании образуются нелетучие соединения свинца, которые откладываются на поверхности камеры сгорания и электродах свечей зажигания. Во избежание этого используют смесь ТЭС с выносителями.
Смесь ТЭС с выносителями называется этиловой жидкостью. Для этилирования автомобильных бензинов применяют жидкость марки Р-9. Применение ТЭС недопустимо в ДВС с каталитическими нейтрализаторами.
Добавка 0,5-4 мл к 1 кг бензина увеличивает октановое число на 4-15 единиц и сортности.
В настоящее время применение этиловой жидкости для повышения октановых чисел автобензинов запрещено во всех развитых странах.

Антидетонаторы — химические соединения, добавляемые в небольших количествах к моторным топливам для уменьшения детонации.

продуктов предпламенного окисления топлив, происходящего до начала нормального горения

топливной смеси.
При ее сжатии в камере сгорания развивается высокая температура, углеводороды начинают окисляться и образуют большое количество соединений периксной группы (пероксидов).
Будучи химически неустойчивыми, пероксиды со взрывом разлагаются. Антидетонаторы разрушают пероксиды и препятствуют их накоплению.

Принцип действия антидетонаторов

эфиры (метил-трет-алкиловые эфиры, метанол, этанол, изобутанол и их смеси),

применяемые в качестве добавок в производстве высокооктановых бензинов, позволяют:
а) отказаться от использования тетраэтилсвинца и снизить токсичность выхлопных газов на автотранспорте;
б) расширить ресурсы моторных топлив за счет не нефтяного сырья;
в) повысить топливную экономичность работы двигателя и улучшить эксплуатационные свойства бензинов.
Этанол, как компонент спирто-бензиновых смесей, отличается рядом достоинств: высокая детонационная стойкость,
плотность близка к плотности бензинов.
Этанол хорошо смешивается с бензином, у него меньшая, чем у метанола, расслаиваемость в присутствии следов воды.
Изопропиловый спирт также применяется как сорастворитель метанола и в качестве антиобледенительной добавки к бензинам.

Кислородсодержащие органические соединения (оксигенаты)

основном от группового химического состава топлива, от количества нестабильных

ненасыщенных углеводородов.
Если к тому же в топливе много нефтяных смол, которые действуют каталитически на окислительные процессы, стабильность его быстро понижается.
Для повышения химической стабильности бензинов их подвергают очистке от смол.
Снижение количества смол обеспечивается достаточно совершенным методом очистки и, главное, применением эффективных антиокислительных присадок, добавляемых в топливо.

тракта.
Особенно нежелательны отложения на тарелках впускных клапанов. Высокая

температура поверхности клапана способствует глубокой полимеризации смол, превращению их в твердые и нерастворимые отложения, которые достигают размеров, при которых начинают существенно уменьшать сечение проходных каналов и тем самым снижать мощность двигателя на 15—20 %.
Отложение смол на стержне клапана еще опаснее, так как при остывании смолы твердеют, что приводит к зависанию клапанов и выходу двигателя из строя.
Смолы откладываются в топливных баках, топливоприемниках, фильтрах, на деталях карбюратора, форсунках систем питания с электронным управлением, вызывая прили-пание якоря-клапана форсунки к седлу и полное прекращение подачи топлива.
Смолистые отложения плохо растворяются даже в сильных растворителях, таких, как бензол и ацетон. Из топливного бака смолы можно удалить пропариванием паром.
Относительно небольшие по габаритам детали (впускные трубопроводы, топливоприемники и т. д.) можно очистить от смол кипячением их в мыльных или содовых растворах, но следует иметь в виду, что сода активно действует на алюминий и его сплавы, поэтому алюминиевые детали можно обрабатывать только мыльными растворами.

Смолы

нефти, продуктов крекинга, риформинга и присадок.
В России выпускаются четыре

марки автомобильных бензинов АИ-80, АИ-92, АИ-95, АИ-98.
А- автомобильный,
И- для бензинов, ОЧ которых определялось исследовательским методом.
Бензины, ОЧ которых определяется моторным методом, маркируются буквой А.
Бензины выпускаются северных, зимних, летних и южных сортов. Северные и зимние сорта содержат большее количество низкокипящих углеводородов и имеют лучшие пусковые свойства при низких температурах. Однако в летних и южных условиях их использование затруднено, т.к. в топливной системе образуются паровые пробки, делающие двигатель неработоспособным.

работы ДВС:

в дизелях происходит самовоспламенение топлива при его впрыскивании в

камеру сгорания в конце такта сжатия.
Температура воздуха для надежного самовоспламенения топлива в момент начала подачи топлива должна составлять 500—600 °С.
Для достижения такой температуры воздуха степень сжатия должна быть значительно выше, чем у двигателей с искровым зажиганием, и достигать 16—17, а в некоторых случаях и 23.

определяющая период задержки воспламенения рабочей смеси (т.е. свежего заряда)

(промежуток времени от впрыска топлива в цилиндр до начала его горения).
Чем выше цетановое число, тем меньше задержка и тем более спокойно и плавно горит топливная смесь.
Цетановое число численно равно объёмной доле цетана (С16Н34), цетановое число которого принимается за 100, в смеси с α-метилнафталином (цетановое число которого, в свою очередь, равно 0), когда эта смесь имеет тот же период задержки воспламенения, что и испытуемое топливо в тех же условиях.
Оптимальную работу стандартных двигателей обеспечивают дизельные топлива с цетановым числом 40—55.
При цетановом числе меньше 40 резко возрастает задержка горения (время между началом сжатия и горением топлива) и скорость нарастания давления в камере сгорания, увеличивается износ двигателя.
Стандартное топливо характеризуется цетановым числом 48-51, а топливо высшего качества (премиальное) имеет цетановое число 51-55.

дизтоплива должно быть не менее 48 единиц. Кроме того,

технические условия для зимних сортов с депрессорными присадками разрешают выпуск арктического топлива с цетановым числом не менее 40.
Премиальное дизельное топливо более лёгкое, содержит больше легковоспламеняющихся лёгких фракций и поэтому более пригодно для запуска двигателя в холодную погоду, кроме того, отношение водорода к углероду в лёгких фракциях выше, поэтому при сгорании такого дизельного топлива образуется меньше дыма.
При цетановом числе больше 60 снижается полнота сгорания топлива, возрастает дымность выхлопных газов, повышается расход топлива.
В некоторой степени цетановое число зависит от группового состава топлива (доли парафинов, олефинов, нафтенов, ароматики). Парафины, способные к самовоспламенению при низких температурах, являются полезным компонентом дизельного топлива.

Цетановое число

(ASTM D 613, EN 5165, ISO 5165) являлось единственным

надёжным методом определения качества дизельного топлива.
С 2009 года в EN590 и соответствующий российский ГОСТ Р 52368-2005 вводится ещё один моторный метод - метод задержки самовоспламенения EN 15195 (ГОСТ Р ЕН 15195-2011), который показывает хорошую сходимость со старым методом при улучшении точности, воспроизводимости и сокращении теста до 20 мин.
Основной проблемой измерения цетанового числа немоторными методами является сильное влияние состава дизельного топлива. То есть моторный метод (включая ГОСТ Р ЕН 15195-2011) одинаково правильно определяет цетановое число любых видов топлива, а все экспресс анализаторы необходимо перекалибровывать при переходе, допустим, от классической солярки к биодизельному топливу.

характеризуют допустимое содержание в бензинах углеводородов, кипящих при высокой

температуре. Эти углеводороды могут полностью не испариться к концу зарядки цилиндра. Чем выше эти температуры, тем больше в цилиндр попадает топлива в жидкой фазе. Часть ее протекает через замки поршневых колец в картер, создавая в местах смыва условия для повышенного износа цилиндра и поршня и снижая вязкость смазочного масла. Оставшаяся в цилиндре жидкая неиспарившаяся фаза сгорает не полностью, вследствие чего увеличиваются расход топлива и токсичность выпускных газов, а также отложения нагара в камере сгорания.

фракционный состав.
Для фракционного состава бензинов наиболее характерны температуры

перегонки 10; 50 и 90 % топлива, а также температуры начала и конца его перегонки.

Температуры начала перегонки и перегонки 10 % топлива наряду с давлением насыщенных паров характеризуют содержание углеводородов, кипящих при низкой температуре.
Эти углеводороды определяют возможность получения горючей смеси, обеспечивающей пуск двигателя при низкой температуре окружающей среды.
Бензины с низкими температурами начала перегонки 10% топлива и с большими давлениями насыщенных паров обладают лучшими пусковыми качествами.

Температура перегонки 50 % топлива характеризует содержание углеводородов, определяющих равномерное количественное и качественное распределение горючей смеси по цилиндрам двигателя.
При работе двигателя на бензине с низкой температурой перегонки 50 % топлива требуется меньше времени на прогрев двигателя, достигается более равномерное распределение нагрузки по цилиндрам, улучшаются динамические свойства двигателя.

топлива противостоять самовоспламенению при сжатии.

зоны химической реакции со сверхзвуковой скоростью.