|
|
Определение низкотемпературных свойств дизельного топлива
Цель работы: ознакомление с методами определения таких низкотемпературных свойств дизельного топлива, как температура застывания, температура помутнения и предельная температура фильтруемости. Теоретическая часть: Нефтепродукты обладают рядом физико-химических свойств (показатели, характеризующие свойства и поведение продукта при использовании потребителем), которые можно подразделить на группы: оптические, электрические, моторные свойства и т.д. Низкотемпературные свойства нефти и нефтепродуктов позволяют оценивать их подвижность, а также косвенно наличие в них некоторых групп углеводородов. Особенно низкотемпературные свойства важны для дизельного топлива, так как позволяют оценить возможность использования при определенных температурах. Дизельное топливо – жидкий продукт, использующийся как топливо в дизельном двигателе внутреннего сгорания. Обычно под этим термином понимают топливо, получающееся из керосиново-газойлевых фракций прямой перегонки нефти. Существует три марки дизельного топлива: летнее, зимнее и арктическое. ü 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. ü Зимнее дизельное топливо: Плотность: не более 840 кг/м³. Температура вспышки: 40 °C. Температура застывания: −45 °C. Получается смешением прямогонных гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180—340 °C. ü Арктическое дизельное топливо: Плотность: не более 830 кг/м³. Температура вспышки: 35 °C. Температура застывания: −55 °C. Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180—320 °C.
При определении качества дизельного топлива наиболее важными являются следующие показатели: ü Температура помутнения – Температура, при которой происходит помутнение жидкости вследствие появления кристаллов парафина при ее охлаждении в заданных условиях. ü Предельная температура фильтруемости (на холодном фильтре) – наиболее высокая температура, при которой данный объем топлива не протекает через стандартизованную фильтрующую установку в течение определенного времени, при стандартизованных условиях охлаждения. ü Температура застывания – температура, при которой налитый в пробирку стандартных размеров испытуемый нефтепродукт при охлаждении застывает настолько, что при наклоне пробирки с испытуемой жидкостью под углом 45° уровень жидкости остается неподвижным в течение 1 мин.
Изменение текучести дизельного топлива проходит в три стадии: 1) при достижении температуры помутнения, парафины, присутствующие в топливе, переходят в твердое состояние. Визуально данную температуру можно определить по началу образования осадка. При помутнении топливо еще способно проходить через фильтры. В этих условиях двигатель, хотя и с некоторыми перебоями, но продолжает работать до тех пор, пока не начнется агломерация – соединение молекул парафинов. 2) при достижении предельной температуры фильтруемости дизтопливо забивает фильтр и перестает поступать в топливный насос высокого давления. 3) при достижении температуры потери текучести (застывания) молекулы Н-парафинов укрепляют связи до такой степени, что топливо превращается в желе. Топливо невозможно прокачать по топливной системе и подать в камеру сгорания.
Дизельное топливо, применяемое для дизельных двигателей, должно соответствовать требованиям, изложенным в межгосударственном стандарте ГОСТ 32511-2013 (EN 590:2009). Для умеренной климатической зоны дизельное топливо условно разделяют по шести сортам: Таблица 1 – Сорта дизельного топлива по стандарту Евро-5
Для районов с холодным климатом дизельное топливо подразделяют на классы (табл.2). Таблица 2 – Классы дизельного топлива для районов с холодным климатом
Наиболее распространенным способом улучшения низкотемпературных свойств дизельного топлива является депарафинизация – процесс удаления нормальных парафиновых углеводородов из керосино-газойлевых и масляных фракций нефти. Так как нормальные углеводороды обладают высокой температурой застывания, их удаление из фракции снижает температуру застывания. Депарафинизация наиболее применима при создании зимних и арктических дизельных топлив. Принципиально используют две технологии депарафинизации: 1. Сольвентная. Определенный растворитель смешивают с исходной фракцией. Далее смесь охлаждают до требуемой температуры застывания, выпадающие в осадок нормальные парафины отфильтровывают, растворитель отгоняют от целевого продукта. 2. Каталитическая. На избирательных катализаторах при высоком давлении, температуре и избытке водорода длинные молекулы нормальных парафинов расщепляются и изомеризуются. Альтернативным методом является использование депрессорных присадок. Их основное назначение – снижение температуры застывания и предельной температуры фильтруемости дизельных топлив. Главное действие депрессорной присадки — изменение формы и размера кристаллов парафина, формирующихся при понижении температуры дизельного топлива. Механизм действия депрессорных присадок определяется их способностью адсорбироваться (оседать) на возникающих из раствора кристаллах парафина и препятствовать образованию плотной кристаллической решетки. Вследствие этого, дальнейший рост кристаллов парафина затрудняется, уменьшается их способность к агрегации (соединению, слипанию). Известные в настоящее время депрессорные присадки к дизельным топливам по их химической природе можно классифицировать следующим образом: - сополимеры этилена с полярными мономерами (сополимеры этилен-винилацетата и их композиции, тройные сополимеры на основе этилена и винилацетата, сополимеры этилена с другими полярными мономерами); - продукты полиолефинового типа (сополимеры этилен-пропилена, этилен-пропилен-диена и продукты их деструкции, сополимеры a-олефинов, модифицированные полиолефины); - полиметакрилатные присадки (полиалкил(мет)акрилаты, сополимеры алкил(мет)акрилатов); - химические вещества неполимерного типа (алкилнафталины; эфиры многоатомных кислот и спиртов; амиды, содержащие длинные алкилы).
Метод определения температур помутнения описан в ГОСТ 5066-91. Метод определения температуры застывания описан в ГОСТ 20287-91. Метод определения предельной температуры фильтруемости на холодном фильтре описан в ГОСТ 22254-92.
1. Определение температуры помутнения Оборудование и материалы (подробнее см. Приложение ГОСТ 5066-91): ü Пробирки стеклянные с двойными стенками и запаянными боковыми отростками. ü Мешалки ручные или механические из нержавеющей стали, алюминия или стекла. ü Сосуд цилиндрический для охлаждающей смеси. ü Термометры ТН-6 по ТУ 92-887.019 и ТН-8 по ГОСТ 400 или аналогичные с ценой деления не более 1 °С, обеспечивающие измерение заданной температуры. ü Термометр жидкостный низкоградусный любого типа с градуировкой шкалы от минус 80 °С (для измерения температуры охладительной смеси). ü охлаждающая баня В качестве охлаждающей бани применяется криостат низкотемпературный Proline RP 855 (рис.1,2). Рисунок 1 – низкотемпературный криостат Proline
Подготовка к испытанию 1. Пробу испытуемого нефтепродукта хранят в бутылке, тщательно закупоренной пробкой. Перед испытанием температура нефтепродукта должна быть 18 - 20 °С. Нефтепродукт тщательно перемешивают в бутылке встряхиванием. При необходимости топливо перед испытанием профильтровывают через сухой фильтр, а при наличии воды сначала обезвоживают, взбалтывая в течение 10 - 15 мин со свежепрокаленным и измельченным сульфатом натрия или с зерненным хлористым кальцием, дают хорошо отстояться и затем фильтруют через сухой фильтр. 2. Для испытания подготавливают две чистые сухие пробирки с двойными стенками. Первая пробирка предназначена для испытания нефтепродукта в охлаждающей смеси. Вторую пробирку (с термометром и мешалкой) вставляют в качестве прозрачного эталона в прибор с зеркальным отражением света или при наличии хорошего проходящего света - в штатив для пробирок. 3. Каждую из пробирок закрывают пробкой с термометром и мешалкой. Термометр вставляют так, чтобы его ртутный резервуар находился в пробирке на расстоянии 15 мм от дна и на равном расстоянии от стенок. Проведение испытания (для летнего дизельного топлива): 1. Пробирку с испытуемым топливом и термометром помещают в водяную баню с температурой от +80 до + 100 °С и выдерживают до тех пор, пока топливо не примет температуру (50 ± 1) °С. 2. Пробирку с испытуемым топливом вынимают из водяной бани, охлаждают до температуры от +30 до + 40 °С, а затем помещают в криостат. 3. С помощью клавиш ВВОД, ВВЕРХ и ВНИЗ криостат устанавливают на температуру -18°С. При этом испытуемое топливо в криостате охлаждается до +9 °С. Каждые 3 °С градуса пробирка с испытуемым топливом извлекается из криостата и производится определение начала помутнения. 4. Если при +9 °С помутнения образца не наблюдается, проводится дальнейшее охлаждение образца до -7 °С. Криостат устанавливают на -34 °С, при этом проверяют пробу на помутнение каждый 1 °С. Проводят два определения. Для второго определения берут новый образец испытуемого топлива и наливают в предварительно вымытую и высушенную пробирку. За результат испытания принимают среднее арифметическое результатов двух определений. Результат округляют до целого числа. Повторяемость: два результата определений, полученные в одной лаборатории, признаются достоверными (при 95 %-ном уровне доверительной вероятности), если расхождение между ними не превышает 1 °С. Воспроизводимость: два результата испытаний, полученные в двух разных лабораториях, признаются достоверными (при 95 %-ном уровне доверительной вероятности), если расхождение между ними не превышает 3 °С.
2. Определение температуры застывания Сущность метода определения температуры застывания заключается в предварительном нагревании образца с последующим охлаждением его с заданной скоростью до температуры, при которой образец остается неподвижным. Оборудование и материалы (подробнее см. ГОСТ 20287-91): ü Пробирка стеклянная со сферическим дном. На наружной боковой поверхности пробирки на расстоянии 30 мм от дна должна быть несмываемая кольцевая метка. ü Муфта стеклянная с вогнутым или сферическим дном ü Пробка корковая или резиновая, соответствующая внутреннему диаметру пробирки, с отверстием в центре для термометра. ü Термометры типа ТИН-3, ТН-8 по ГОСТ 400, ТН-6 по ТУ92.887017. ü Термометр любого типа для измерения температуры охлажденной смеси с градуировкой ü Охлаждающая баня
Проведение испытания (для летнего дизельного топлива): 1. При наличии воды нефтепродукт обезвоживают. Значительное количество воды удаляют предварительным отстаиванием и последующим сливанием нефтепродукта. Дальнейшая осушка продуктов достигается различными методами. 2. Обезвоженный продукт наливают в сухую чистую стеклянную пробирку до метки так, чтобы он не растекался по стенкам пробирки. В пробирку при помощи корковой пробки плотно вставляют соответствующий термометр, укрепляя его так, чтобы он проходил по оси пробирки, а его резервуар находился на расстоянии 8 - 10 мм от дна пробирки. 3. Пробирку с продуктом и термометром помещают в водяную баню, нагретую предварительно до температуры (50 ±1) °С, и выдерживают до тех пор, пока продукт не примет температуру бани. 4.1. Пробирку с продуктом и термометром вынимают из водяной бани, насухо вытирают ее снаружи и укрепляют при помощи пробки в муфте так, чтобы ее стенки находились приблизительно на одинаковом расстоянии от стенок муфты. Пробирки с муфтой закрепляют в держателе штатива в вертикальном положении и оставляют при комнатной температуре до тех пор, пока нефтепродукт не охладится до (35 ± 5) °С. 4.2. С помощью клавиш ВВОД, ВВЕРХ и ВНИЗ криостат устанавливают на температуру -18°С. При этом испытуемое топливо в криостате охлаждается до +9 °С. 4.3. Если при +9 °С застывания образца не наблюдается, проводится дальнейшее охлаждение образца до -7 °С. Криостат устанавливают на -34 °С, при этом проверяют пробу каждый 1 °С. При необходимости проводят охлаждение образца до -24 °С, устанавливая криостат на температуру -51 °С. Когда продукт в пробирке примет температуру, намеченную для определения застывания, пробирку наклоняют под углом 45° и, не вынимая из охлаждающей смеси, держат в таком положении в течение 1 мин. 4.4. После нахождения границы застывания (переход от подвижности к неподвижности или наоборот) определение повторяют, понижая или повышая температуру испытания на 2°С до тех пор, пока не будет установлена такая температура, при которой мениск продукта остается неподвижным, а при повторном испытании при температуре на 2 °С выше он сдвигается. Эту температуру фиксируют, как установленную для данного опыта. 4.5. Для установления температуры застывания продукта проводят два определения, начиная второе определение с температуры на 2 °С выше установленной при первом определении. Сходимость Два результата определений, полученные одним исполнителем, признаются достоверными с Воспроизводимость Два результата испытаний, полученные в двух разных лабораториях, признаются достоверными с 95 %-ной доверительной вероятностью, если расхождение между ними не превышает 8 °С.
3. Определение предельной температуры фильтруемости Метод заключается в постепенном охлаждении испытуемого топлива с интервалами в 1 °С и стенании его через проволочную фильтрационную сетку при вакууме 1961 Па Оборудование и материалы (подробнее см. ГОСТ 22254-92): ü Измерительный сосуд цилиндрический, плоскодонный из прозрачного стекла, соответствующей объему 45 см3. ü Металлический кожух латунный, цилиндрический. ü Вакуумная установка ü Пипетка с фильтром ü Термометры с пределами измерения от -30 до +50 °С - для определения предельной температуры фильтруемости до -30 °С, от -80 до +20 °С - для определения предельной температуры фильтруемости ниже -30 °С, термометр для охлаждающей бани с пределами измерения температур от -80 до +20 °С. ü Охлаждающая баня
Методика проведения испытания (см. ГОСТ 22254-92): 1. Измерительный сосуд наполняют испытуемым топливом до метки 45 см3. 2. Проводится сборка фильтра, в пробку помещается пипетка, фильтр и термометр. 3. Измерительный сосуд закрывают пробкой с находящимися в ней пипеткой с фильтром и соответствующим термометром. При ожидаемой предельной температуре фильтруемости ниже -30 °С применяют термометр с низшими пределами температур. Во время испытания термометр нельзя менять. Аппаратуру устанавливают таким образом, чтобы нижняя часть фильтра находилась на дне измерительного сосуда; термометр устанавливают параллельно пипетке и таким образом, чтобы шарик термометра не должен соприкасаться ни со стенкой измерительного сосуда, ни с фильтром. 4. Кожух помещают вертикально в охлаждающей бане, в которой поддерживают температуру -34 (± 0,5) °С. Измерительный сосуд помещают в кожух в стабильном вертикальном положении. 5. При открытом запорном кране соединяют пипетку с вакуумной установкой при помощи гибких шлангов, присоединенных к крану. Включают вакуум и устанавливают воздушный поток так, чтобы U-образный манометр показывал падение давления 20 мбар водяного столба во время всего испытания. 6. Определение начинают сразу после помещения измерительного сосуда в кожух. Если температура помутнения пробы известна, допускается начинать определение в момент, когда проба охлаждена до температуры, которая выше температуры помутнения не менее чем на 5 °С. В первом этапе охлаждения всегда надо применять баню с температурой -34 (± 0,5) °С. Когда температура пробы достигнет соответствующей величины, устанавливают запорный кран, так чтобы фильтр был соединен с вакуумом, вызывая всасывание пробы топлива через фильтрационную сетку в пипетку, одновременно включают секундомер. Когда топливо дойдет до метки на пипетке, останавливают секундомер и устанавливают кран в начальном положении, чтобы проба могла стечь в измерительный сосуд. 7. Операцию повторяют после каждого снижения температуры пробы на 1 °С до достижения температуры, при которой течение через фильтр прекращается, или пипетка не наполняется до метки в течение 60 с. Записывают температуру начала последней фильтрации. Если после охлаждения проба заполняет пипетку до метки не дольше 60 с, но не стекает обратно в измерительный сосуд после установления крана в первоначальном положении, то надо записать температуру начала фильтрации. 8. Если при температуре минус 20 °С не прекращается течение топлива через фильтр, дальнейшее охлаждение ведут в охлаждающей бане с температурой -51 (± 1) °С и повторяют операцию после каждого снижения температуры на 1 °С. 9. Если при температуре минус 35 °С не прекращается течение топлива через фильтр, дальнейшее охлаждение ведут в бане с температурой -67 (± 2) °С. Сходимость Два результата определений, полученные одним исполнителем в одной лаборатории, признаются достоверными (при доверительной вероятности 95 %), если расхождение между ними не превышает 1 °С. Воспроизводимость Два результата испытаний, полученные в двух разных лабораториях, признаются достоверными, если расхождение между ними не превышает 2 °С.
Указания по технике безопасности: Меры безопасности при работах с дизельным топливом: При отравлении парами дизельного топлива наблюдаются те же признаки, что и при отравлении парами бензина (головная боль, головокружение, вялость, раздражение слизистых оболочек носа, глаз, кашель). Частое и длительное воздействие дизельного топлива раздражает слизистую оболочку и кожу человека. ü В помещениях для хранения и использования дизельных топлив запрещается применение открытого огня, а искусственное освещение должно быть выполнено во взрывобезопасном исполнении. ü В помещениях, где работают с дизельным топливом, нельзя пить, курить, принимать пищу. Загрязненные детали перед ремонтом необходимо погружать для очистки и обезвреживания в керосин. ü Заправку емкостей следует производить только закрытым способом. В закрытых плохо вентилируемых помещениях запрещается оставлять открытой тару с топливом. ü При работе не допускается использование инструмента, искрящего при ударе. ü При разливе необходимо собрать его в отдельную тару, место разлива протереть сухой тряпкой; при разливе на открытой площадке место разлива засыпать песком, затем удалить его. ü При попадании на кожу дизельного топлива следует смыть его теплой водой с мылом. ü При загорании топлива следует применять распыленную воду, пену, углекислый газ, перегретый пар. ü При работах с дизельным топливом следует применять специальную одежду в соответствии с нормами.
Меры безопасности при работе с криостатом: ü Все производимые действия на криостате должны производиться в присутствии преподавателя и/или лаборанта; ü Все действия в лаборатории производить только в защитной одежде (халат); ü Подключение производить только к розеткам, имеющим заземление; ü Нагревающиеся шланги и трубки должны быть закреплены и не должны соприкасаться с питающим кабелем; ü Необходимо обеспечить хорошую вентиляцию помещения; ü Отключайте прибор от электросети перед проведением профилактических работ.
Задание: определить температуры помутнения, застывания, предельную температуру фильтруемости исследуемого образца дизельного топлива, сравнить с данными ГОСТ и на основании данных анализа определить возможные области его применения (сезонные, климатические). Содержание отчета: отчет должен содержать цель работы, задание, теоретический материал, описание оборудования и методики проведения испытания, численные показатели измеряемых величин, вывод о соответствии топлива регламенту и возможности его применения. Результаты измерения привести в таблице:
Контрольные вопросы: 1) Что такое физико-химические свойства нефтепродуктов? 2) Что такое дизельное топливо? 3) Назовите основные марки дизельного топлива и их характеристики. 4) Что такое температура помутнения? 5) Что такое температура застывания? 6) Что такое предельная температура фильтруемости? 7) Как определяются сорта и классы дизельного топлива? 8) Перечислите методы улучшения низкотемпературных свойств дизельного топлива. 9) Как классифицируются депрессорные присадки к дизельным топливам? 10) Каковы признаки отравления парами дизельного топлива? |
|
