Цетановое число - Cetane number

Цетановое число (цетановый рейтинг) является индикатором горение скорость дизельное топливо и сжатие необходимо для зажигание. Он играет аналогичную роль для дизель в качестве октановое число делает для бензин. КЧ является важным фактором при определении качества дизельного топлива, но не единственным; другие измерения качества дизельного топлива включают (но не ограничиваются) содержание энергии, плотность, смазывающая способность, хладотекучесть и содержание серы.[1]

Определение

Цетан Число (или CN) является обратной функцией задержки воспламенения топлива, периода времени между началом воспламенения и первым идентифицируемым повышением давления во время сгорания топлива. В конкретном дизельном двигателе топлива с более высоким цетановым числом будут иметь более короткие периоды задержки воспламенения, чем топлива с низким цетановым числом. Цетановое число используется только для относительно легких дистиллятных дизельных масел. Для тяжелого (остаточного) мазута используются две другие шкалы, CCAI и CII.

Типичные значения

Как правило, дизельные двигатели хорошо работают при CN от 48 до 50. Топливо с более низким цетановым числом имеет более длительную задержку воспламенения, что требует больше времени для завершения процесса сгорания топлива. Следовательно, более высокоскоростные дизельные двигатели работают более эффективно с топливом с более высоким цетановым числом.

В Европе цетановое число дизельного топлива было установлено на минимальном уровне 38 в 1994 году и 40 в 2000 году.[когда? ] стандарт для дизельного топлива, продаваемого в Евросоюз, Исландия, Норвегия и Швейцария установлен в EN 590, с минимумом цетановый индекс 46 и минимальное цетановое число 51. Дизельное топливо премиум-класса может иметь цетановое число до 60.[2]

В Финляндии дизельное топливо премиум-класса продается на Автозаправочная станция цепи St1 (Diesel Plus), Shell (содержащий GTL) и ABC (Smart Diesel) имеют минимальное цетановое число 60 с типичным значением 63.[3][4][5] Neste МОЙ Возобновляемое дизельное топливо продается в Финляндии, имеет минимальное цетановое число 70.[6]

В Северной Америке большинство штатов применяют ASTM D975 в качестве стандарта для дизельного топлива, и минимальное цетановое число установлено на 40, с типичными значениями в диапазоне 42-45. Дизельное топливо высшего качества может иметь или не иметь более высокое цетановое число в зависимости от поставщика. Премиум дизель часто используют добавки улучшить CN и смазывающая способность, моющие средства очистить топливные форсунки и минимизировать углерод отложения, водные диспергаторы и другие добавки в зависимости от географических и сезонных потребностей.[нужна цитата ]. Дизельное топливо для Калифорнии имеет минимальное цетановое число 53.[7] В рамках программы Texas Low Emission Diesel (TxLED) есть 110 округов, где дизельное топливо должно иметь цетановое число 48 или выше, либо должно использовать утвержденный альтернативный состав или соответствовать установленным альтернативным ограничениям.[8]

У Neste MY Renewable Diesel, продаваемого в Северной Америке, цетановое число 75-85.[9]

Добавки

Алкилнитраты (в основном 2-этилгексилнитрат[10]) и ди-терт-бутилпероксид используются в качестве добавок для повышения цетанового числа.

Альтернативные виды топлива

Биодизель из источников растительного масла было зарегистрировано как имеющее диапазон цетанового числа от 46 до 52, а цетановое число биодизельного топлива на основе животного жира колеблется от 56 до 60.[11] Диметиловый эфир является потенциальным дизельным топливом, так как имеет высокое цетановое число (55-60) и может производиться как биотопливо.[12] Самые простые эфиры, в том числе и жидкие, такие как диэтиловый эфир может использоваться в качестве дизельного топлива, хотя смазывающая способность может вызывать беспокойство.

Химическая значимость

Цетан химическое соединение с химической формулой п-C16ЧАС34, сегодня названный гексадеканом согласно ИЮПАК правила. Это неразветвленный алкан, а насыщенный углеводородная цепь без циклов. Цетан очень легко воспламеняется при сжатии, поэтому ему было присвоено цетановое число 100, в то время как альфа-метилнафталин было присвоено цетановое число 0. Все остальные углеводороды в дизельном топливе индексируются по цетану, чтобы определить, насколько хорошо они воспламеняются при сжатии. Таким образом, цетановое число определяет, насколько быстро топливо начинает гореть (самовоспламеняется) при дизель условия. Поскольку в дизельном топливе есть сотни компонентов, каждый из которых имеет различное цетановое качество, общее цетановое число дизельного топлива является средним цетановым качеством всех компонентов (строго говоря, высокоцетановые компоненты будут иметь непропорциональное влияние, поэтому использование высокоцетановые добавки).

Измерение цетанового числа

Точные измерения цетанового числа довольно сложны, поскольку для этого требуется сжигание топлива в редком дизельном двигателе, называемом двигателем Cooperative Fuel Research (CFR), в стандартных условиях испытаний. Оператор двигателя CFR использует маховик для увеличения степени сжатия (и, следовательно, пикового давления в цилиндре) двигателя до тех пор, пока время между впрыском топлива и зажиганием не составит 2,407 мс. Затем рассчитывается полученное цетановое число, определяя, какая смесь цетан (гексадекан ) и изоцетан (2,2,4,4,6,8,8-гептаметилнонан) приведет к такой же задержке воспламенения.

Тестер качества зажигания (IQT)

Еще один надежный метод измерения производного цетанового числа (DCN) дизельного топлива - это тестер качества зажигания (IQT). Этот прибор применяет более простой и надежный подход к измерению CN, чем CFR. Топливо впрыскивается в камеру сгорания постоянного объема при температуре около 575 ° C и давлении 310 фунтов на квадратный дюйм. Время между началом впрыска и восстановлением давления в камере сгорания до 310 фунтов на квадратный дюйм определяется как задержка зажигания. Эта измеренная задержка воспламенения затем используется для расчета DCN топлива. Затем рассчитывается DCN топлива с использованием эмпирической обратной зависимости от задержки зажигания. Из-за воспроизводимости, стоимости материалов и скорости IQT, с конца 2000-х годов он стал решающим источником для измерений топлива DCN.[13][14][15]

Тестер зажигания топлива

Другой надежный метод измерения производного цетанового числа дизельного топлива - это Тестер воспламенения топлива (FIT). Этот прибор применяет более простой и надежный подход к измерению CN, чем CFR. Топливо впрыскивается в камеру сгорания постоянного объема, в которой температура окружающей среды составляет приблизительно 575 ° C. Топливо сгорает, и высокая скорость изменения давления в камере определяет начало сгорания. Затем можно рассчитать задержку воспламенения топлива как разницу во времени между началом впрыска топлива и началом сгорания. Затем производное цетановое число топлива можно рассчитать с использованием эмпирической обратной зависимости от задержки воспламенения.

Цетановый индекс

Основная статья: Цетановый индекс

Другой метод, которым потребители топлива контролируют качество, - это использование цетанового индекса (CI), который рассчитывается на основе плотность и диапазон перегонки топлива. Существуют различные версии этого, в зависимости от того, используются ли метрические или британские единицы измерения, и сколько точек дистилляции используется. В эти дни большинство нефтяные компании используйте «4-точечный метод», ASTM D4737, на основе плотности, 10% 50% и 90% температуры восстановления. «2-точечный метод» определен в ASTM D976, и использует только плотность и температуру восстановления 50%. Этот 2-балльный метод имеет тенденцию к завышению цетанового индекса и не рекомендуется. Расчеты цетанового индекса не могут учитывать добавки, повышающие цетановое число, и, следовательно, не измеряют общее цетановое число для дизельного топлива с добавками. Работа дизельного двигателя в первую очередь связана с фактическим цетановым числом, а цетановый индекс - это просто оценка базового (без добавления) цетанового числа.

Отраслевые стандарты

Отраслевые стандарты для измерения цетанового числа: ASTM D613 (ISO 5165) для двигателей CFR, D6890 для IQT и D7170 для FIT.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Вернер Дабельштейн, Арно Реглицки, Андреа Шютце и Клаус Редерс «Автомобильное топливо» в Энциклопедия промышленной химии Ульмана, 2007, Wiley-VCH, Weinheim.Дои:10.1002 / 14356007.a16_719.pub2
  2. ^ bosch.de (Немецкий) В архиве 24 декабря 2007 г. Wayback Machine
  3. ^ «Лист технических данных St1 Diesel plus -20 ° C» (PDF). 2018-03-15.
  4. ^ «Лист технических данных Shell Diesel Summer -20 ° C» (PDF). 2018-03-15.
  5. ^ «NEOT DIESEL -10 / -20, NEOT DIESEL -10 / -20 Premium Smart Diesel Data Sheet» (PDF). 2018-03-15.
  6. ^ «Лист технических данных на возобновляемое дизельное топливо Neste MY» (PDF). 2019-01-01.
  7. ^ «Таблица характеристик» (PDF). www.arb.ca.gov. Архивировано из оригинал (PDF) на 2017-02-21. Получено 2013-06-08.
  8. ^ «Техасская программа по дизельному топливу с низким уровнем выбросов (TxLED)». TCEQ.
  9. ^ «Характеристики возобновляемого дизельного топлива: отсутствие запаха и меньшие затраты на обслуживание». Neste в Северной Америке. 2019-02-13. Получено 2020-01-15.
  10. ^ dorfketal.com В архиве 8 августа 2007 г. Wayback Machine
  11. ^ «Ошибка 404 - Biodiesel.org» (PDF). www.biodiesel.org. Архивировано из оригинал (PDF) на 2007-07-14. Получено 2008-09-13.
  12. ^ Олах, Г.А.; Goeppert, A .; Пракаш, Г. (2006). «11». Помимо нефти и газа: экономика метанола.
  13. ^ Хейн, Кирби, Беман, Энергия и топливо, 2009. Дои:10.1021 / ef900715m
  14. ^ Дули, Стивен; Хи Вон, пела; Хейн, Джошуа; Фарук, Танвир I .; Цзюй, Игуан; Сушилка, Frederick L .; Кумар, Камаль; Хуэй, Синь; Сун, Чи-Джен; Ван, Haowei; Oehlschlaeger, Matthew A .; Айер, Венкатеш; Айер, Суреш; Litzinger, Thomas A .; Санторо, Роберт Дж .; Malewicki, Tomasz; Брезинский, Кеннет (2012). «Экспериментальная оценка методологии создания суррогатного топлива для имитации кинетических явлений сгорания в газовой фазе». Горение и пламя. 159: 1444–1466. Дои:10.1016 / j.combustflame.2011.11.002.
  15. ^ Дули, Стивен; Хи Вон, пела; Хаос, Маркос; Хейн, Джошуа; Цзюй, Игуан; Сушилка, Frederick L .; Кумар, Камаль; Сун, Чи-Джен; Ван, Haowei; Oehlschlaeger, Matthew A .; Санторо, Роберт Дж .; Литцингер, Томас А. (2010). «Суррогат реактивного топлива, основанный на реальных свойствах топлива». Горение и пламя. 157: 2333–2339. Дои:10.1016 / j.combustflame.2010.07.001.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка