Топливо для двигателей газобаллонных автомобилей.

Производство ГСМ.

Химмотология- это наука об эксплуатационных свойствах, качестве и рациональном применении в технике ГСМ. и специальных жидкостей. Её задачи:

- исследование процессов производства;

- улучшение свойств ГСМ;

- создание методики оценки;

- разработка требований к агрегатам автомобиля.

Экономичность, надёжность, и долговечность работы автомобилей в большой степени зависит от качества и правильного выбора сортов и марок ГСМ. Большое значение имеет экономное и бережное использование топлив, масел и пластических смазок.

Источники сырьядля получения ГСМ: нефть - основной источник, газ, каменный и бурый уголь, торф, сланцы, окись углерода и водорода и т.д.

Нефть- основное сырьё для получения ГСМ благодаря высокой теплоте сгорания. Нефть представляет собой горючую маслянистую жидкость плотностью 750 - 1000кг\м³ с характерным запахом, коричневого, реже красного или жёлтого цвета. В химическом отношении нефть представляет собой сложную жидкость, состоящую из углеводородов (углерода 83...87, водорода 11... 14 процентов). Кроме этого в состав нефти входят кислород, сера, азот и незначительное количество других элементов. Из скважин выходит нефть, попутный газ, пластовая вода и примеси песка. Все углеводороды нефти подразделяются на следующие ряды:

Парафиновые - в больших количествах, преимущественно в низкокипящих фракциях, присутствие их в бензине увеличивает детонационную стойкость, улучшает пусковые качества. В этот ряд входят метан, этан, пропан, бутан.

Нафтеновые - содержатся больше в тяжёлых фракциях нефти. Они обладают большей стойкостью против окисления при высоких температурах, понижают температуру застывания масел. Их присутствие желательно в бензинах, в зимних сортах дизельного топлива, в маслах.

Ароматические — в нефти их около 25 процентов, к ним относятся бензол, толуол, ксилол. Их присутствие в бензинах желательно, но в ограниченном количестве, так как они способствуют нагарообразованию и образованию токсических веществ.

Непредельные - образуются в процессе переработки нефти: смолы, асфальтены, карбены и т.д.

Способы переработки нефти:

- физический — прямая перегонка;

-химический - преобразование тяжелых фракций в лёгкие следующими способами.

Прямая перегонка — это процесс разделения углеводородов нефти по температурам их кипения.

Термический крекинг — температура 480...500градусов, давление 2...5 МПа. Выход бензина из нефти до 70 процентов, но он имеет низкую химическую стабильность, улучшают его антиокислительными добавками. Из мазута этим способом получают до 30 процентов бензина низкого качества (практически не используют).

Каталитический крекинг — более совершенный технологический процесс, при котором расщепление тяжёлых молекул происходит при температуре 430...530 градусов при атмосферном давлении, в присутствии катализаторов (алюминия, окиси меди, марганца, кобальта, никеля др.). Выход бензина из нефти до 78 процентов, он имеет высокую детонационную стойкость и химическую стабильность, он качественней бензина термического крекинга.

Гидрокрекинг — процесс разложения тяжёлого сырья, температура и давление как при термическом крекинге но в специальном реакторе с добавлением катализаторов (окиси вольфрама, молибдена, платины). В результате получают топливо для турбореактивных двигателей.

Каталитический риформинг — ароматизация бензиновых фракций, в качестве сырья используют бензин прямой перегонки. При температуре 540 градусов и давлении 3,0 МПа в присутствии водорода, пропускают через камеру, заполненную катализатором (двуокись молибдена, и окись алюминия). В результате получают бензин с содержанием ароматических углеводородов до 40...50 процентов. Водород увеличивает срок службы катализаторов.

Пиролиз - разложение углеводородов нефти в специальных

газогенераторах при температуре 700...900 градусов и давлении 0,2...0,3 МПа, получают газ для промышленности. В качестве сырья можно использовать нефть, мазут.

Способы очистки ГСМ:

щёлочью - из топлива удаляют кислородные соединения, сероводород и др., затем промывают водой;

серной кислотой - удаляют смолы, азотные и сернистые соединения, затем идёт обработка щелочью и промывка водой;

с помощью растворителей (селективная) - удаляют примеси из масел;

адсорбционная — при помощи глин, которые удерживают примеси на своей поверхности, чаще применяют при производстве масел

Автомобильные бензины.(Температура перегонки (36….200⁰С)

Требования к качеству бензинов:

- обеспечение полноты сгорания;

- образование горючей смеси нужного состава;

- обеспечение бесперебойной подачи из бака;

- отсутствие коррозийного воздействия на детали;

- допуск незначительного количества отложений на деталях двигателя;

- сохранение качества при хранении и транспортировке.

Понятие «условное топливо». Оно состоит из двух углеводородов: изооктана с октановым числом 100 и гептана с октановым числом равным 0. Из них составляют топливо с определённым октановым числом (эталонное).

Теплота сгорания – это количество теплоты, выделенной при сгорании единицы топлива – 1л, 1кг. Она определяет энергию, которую сообщает топливо двигателю.

Свойства бензина.

Детонационная стойкость определяется октановым числом – это условный показатель сравнимый с условным топливом. При нормальном горении скорость распространения пламени в цилиндрах 15 ÷ 25м∕сек., а при детонационном сгорании 1500 ÷ 2500м∕сек. При этом происходят резкие удары на поршни, слышен звонкий металлический стук, не полное сгорание топлива, чёрный дым. Октановое число определяют двумя способами:

- моторным – сравнивают детонационную стойкость исследуемого бензина с эталонным при температуре его работы ═ 150° С и оборотах ═ 900об∕мин;

- исследовательским – температура ═ 25 ÷ 35°С, обороты 600об∕мин. При моторном способе более жесткие условия, поэтому октановое число ниже. Если октановое число указано по исследовательскому способу, то в марке бензина стоит буква «И» - (АИ – 92). Для увеличения октанового числа применяют антидетонаторы:

- тетраэтилсвинец (ТЭС) – очень ядовит;

- карбонил марганца (МЦТМ) – уменьшает стабильность бензина, снижает ресурс свечей;

- карбонил – ферроцен (на основе железа) – износ двигателя, смолообразование;

- этан – боится влаги, вредное воздействие на резину, пластмассы,

- метанол – то же что и у этана, плюс летучесть и токсичность паров.

Фракционный состав – это содержание тех или иных фракций от переработки нефти. Чем больше испарившегося бензина до 70°С, тем легче запуск двигателя (пусковая фракция), повышение температуры 50℅ приводит к снижению ресурса двигателя, а чем выше температура 90℅ и температура конца кипения, тем вероятней образование нагара и неполноты сгорания.

Индекс испаряемости – при превышении нормы образуются воздушные пробки.

Давление насыщенных паров (кПа) – летнего не более 66, зимнего до 93. Использование бензина с высоким кПа приводит к образованию воздушных пробок, чем оно выше, тем больше лёгких фракций в бензине.

Индукционный период - время, в течении которого бензин в контакте с воздухом не окисляется при температуре 100°С. Чем выше индукционный период, тем лучше он хранится. Бензин с индукционным периодом не менее 900 минут сохраняет свои свойства до 5 лет.

Склонность к образованию отложений - характеризуется наличием смол, лаков, осадков.

Дизельные топлива(температура перегонки от 225 ÷ 360°С)

Преимущества дизельных двигателей:

- меньше расход топлива на 25 ÷ 30℅, за счёт высокой степени сжатия, до 21;

- дизельные двигатели надёжней и долговечней, т.как их работа стабильней, приёмистость выше.

Требования к дизельному топливу:

- хорошая прокачиваемость по системе;

- хороший распыл и смазка прецизионных пар;

- полнота сгорания;

- отсутствие нагара и коррозии на деталях;

- экологическая чистота.

Свойства дизельного топлива:

-цетановое число – условный показатель, равный ℅ содержанию цетана в смеси с альфаметилнафталином, оно определяется методом совпадения вспышек испытуемого и эталонного. Чем ниже цетановое число, тем жосче работа, однако при его повышении увеличивается расход топлива;

-испаряемость оказывает влияние на скорость образования рабочей смеси и качество её сгорания. Она характеризует пусковые качества и зависит от температуры 50 и 96 процентов перегонки топлива, чем она ниже тем испаряемость и запуск лучше;

-вязкость характеризует подвижность, величину внутреннего трения любой жидкости, а у дизельного топлива ещё и качество распыла и смазки прецизионных пар, что очень важно. По вязкости к топливу предъявляются два противоположных требования – быть менее вязким, обеспечивая хороший распыл и быть достаточно вязким, обеспечивая хорошую смазку прецизионных пар. Поэтому вязкость летнего топлива выше, зимнего ниже. За единицу динамической вязкости принята вязкость такой жидкости, которая оказывает сопротивление силой в 1Н взаимному сдвигу двух слоёв жидкости площадью

1м ², находящихся на расстоянии 1 м один от другого и перемещающихся со скорость 1м\сек. Кинематическая вязкость представляет собой отношение динамической вязкости к её плотности при температуре определения. За единицу кинематической вязкости принят стокс (Ст) и 1мм²/с с эквивалентом 0,01Ст или 1сСт. У дизельного топлива определяют кинематическую вязкость.

- температура застывания – это температура при которой топливо теряет текучесть, и должна быть на 8 ÷ 12°С ниже температуры окружающей среды;

- температура помутнения – температура при которой топливо теряет прозрачность, должна быть на 3 ÷ 5°С ниже температуры окружающей среды;

- температура фильтрации – равна температуре помутнения или ниже на 1 ÷ 2°С;

- массовая доля серы – при превышении нормы вызывает осложнения в работе двигателя;

- наличие меркаптановой (наиболее агрессивной) серы приводит к коррозии, увеличивает износ прецизионных пар;

- содержание фактических смол - с их повышением увеличивается нагар;

- кислотность – характеризует содержание в дизельном топливе соединений, образующих кислоты, что оказывает коррозийное воздействие на металлы;

- коксуемость – оценивается по содержанию твёрдого остатка после коксования

(нагревания до 950 ÷ 1050°С без доступа воздуха).

- температура вспышки - показатель характеризующий огнеопасность, это та температура, до которой нужно нагреть топливо в закрытом тигеле чтобы его пары в смеси с воздухом вспыхивали при контакте с пламенем. Она характеризует степень опасности при транспортировке, хранении и заправке.

- вода и механические примеси не должны быть в дизельном топливе, могут попасть при небрежном хранении, транспортировке и заправке.

Топливо для двигателей газобаллонных автомобилей.

К высококалорийным топливам относятся природный, нефтяной сопутствующий газ и газ получаемый при переработке нефти. Это пропан – бутановые фракции (сжиженный газ).

Сжиженный нефтяной газ, его преимущества:

-в 1,5 ÷ 2 раза дешевле;

- октановое число выше (~ 105);

- двигатель работает мягче, ресурс увеличивается ~ в 2 раза;

- срок службы моторного масла возрастает в 1,5 ÷ 2 раза, т. как топливо не разжижает масло;

- практически не содержит серы, которая вызывает коррозию деталей и их износ.

Баллоны рассчитаны на давление 1,6 МПа.

Газ марки ПБА используется при температуре не ниже - 20° С, а марки ПА при температуре ниже - 20° С. С целью полного израсходования запаса газа марки ПА допускается применять его при температуре до + 20° C.

При атмосферном давлении сжиженный газ имеет газообразное состояние, а при давлении 0,8 ÷ 1,6 МПа переходит в жидкость. При переходе на сжиженный газ мощность двигателя падает на 3 ÷ 4℅, но увеличить мощность можно повышением степени сжатия, увеличением угла опережения зажигания.

Пропан – обеспечивает оптимальное давление насыщенных паров.

Бутан – наиболее калорийный, лучше сжимается.

Сжиженные газы не имеют запаха, но для обнаружения утечек к ним вводят пахучие вещества – одоранты.

Сжатые газы –это природные газы по сравнению с жиженными имеют преимущества:

- более безопасны, так как легче воздуха и при утечках улетучиваются;

- дешевле;

- больше природных запасов;

- отработанные газы экологически чище.

Сжатые газы при нормальной температуре сохраняют газообразное состояние даже при высоком давлении. В жидкое состояние они переходят при температуре ниже - 82°С и давлении 4,5МПа. Основной компонент – метан, присутствуют и другие углеводороды, а так же кислород, азот, вода, механические примеси. 1 м³ природного газа приравнивается к 1 л бензина.

Недостаток – большая масса баллонов, от 62 до93 кг. Полная заправка 8 баллонов составляет 14℅ грузоподъёмности автомобиля, обеспечивая 200 ÷ 280 км. пробега.

При замене бензина на сжатый природный газ мощность двигателя падает на 18 ÷ 20℅, скорость на 5 ÷ 6℅. Повысить эффективность применения сжатого газа можно увеличением степени сжатия, лучшим наполнением цилиндров, устранением подогрева газа при впуске, изменением фаз газораспределения. Всё это требует конструктивных переделок двигателя. Уменьшить массу баллонов можно путём сжижения газа при температуре - 160°С и хранить его в изотермических баллонах.

Моторные масла(Температура кипения 350 ÷ 500° С )

Смазочные материалы – это вязкие, жирные жидкости или пасты, предназначенные для снижения трения и износа трущихся поверхностей.

Требования к смазочным материалам:

- обеспечивать условия жидкостного трения, т.е. создавать непрерывную масляную плёнку;

- удерживаться на не работающих деталях, предохранять от коррозии;

- отводить тепло, частично охлаждать детали;

- смывать с деталей продукты износа;

- быть экономичными и недифицитными.

Способы получения:

- дистилятные, полученные при вакуумном разделении мазута, имеют низкую вязкость;

- остаточные, полученные из гудрона, путём глубокой переработки, вязкость более высокая.

-Свойства моторных масел.

Вязкость – это внутреннее трение или сопротивление течению, это показатель смазывающих свойств. По нему масла маркируют. Указывают кинематическую вязкость, она характеризует текучесть масла при нормальной и высокой температуре. Единица измерения сантистокс ( 1сСт ═ 1мм²/сек.).

Индекс вязкости – характеризует степень изменения вязкости в зависимости от температуры, чем он выше, тем лучше его температурные свойства.

Щелочное число – характеризует химическую стабильность. В процессе работы масло окисляется, увеличивая коррозийное воздействие на детали, можно добавлять специальные присадки.

Температура застывания - это температура, при которой масло теряет текучесть, в результате детали работают в условиях сухого трения.

Температура вспышки – это температура при которой пары масла, смешиваясь с воздухом, образуют воспламеняющуюся от огня смесь. Она должна быть не ниже 200°Сдля моторных масел и 128°С для трансмиссионных масел.

Изменение свойств масел.Очищенные масла называют базовыми, для улучшения их свойств добавляют присадки: вязкостные, депрессорные, противокоррозийные, антиокислительные, моющие и др., а чаще пакеты присадок, в состав которых не входят только вязкостные и депрессорные, при необходимости их вводят дополнительно.

Нефтяные масла не всегда полностью отвечают требованиям современных конструкций двигателей. Синтетические масла получают на основе эфиров, фторуглерода, хлорфторуглерода и т.д. Они отличаются высокими вязкостно – температурными свойствами. Идекс вязкости у них до 175(против 120 у минеральных ). Им характерна высокая температурная стабильность, хорошие противоокислительные, противозадирные, противоизносные свойства, меньше угар и т.д. Срок их службы в несколько раз выше чем у минеральных.

Недостатки:

- некоторые масла ( диэфиры ) более агрессивны к резиновым деталям;

- повышенная коррозийность в отношении сплавов цветных металлов;

- высокая стоимость.

В целом синтетические масла перспективны и их производство будет расширятся.