Цетаноповышающие присадки (промотор воспламенения) в дизельное топливо
Показатель, определяющий воспламеняемость дизельного топлива, называется цетановым числом. Чем выше цетановое число, тем быстрее воспламеняется топливовоздушная смесь в камере сгорания. Воспламенение смеси происходит не за счет искры создаваемой свечой зажигания как в бензиновых двигателях, а в результате самовозгорания топлива, распыляемого форсунками в сжатый и нагретый воздух камеры сгорания. Во время сжатия данная смесь нагревается и в определенный момент воспламеняется. При этом, в течение движения поршня от верхней точки до нижней, возможно до девяти впрыскиваний топлива в камеру сгорания. Идеальной считается ситуация, когда топливо воспламеняется к моменту следующего впрыска. В результате последовательного воспламенения каждого впрыскиваемого топлива, происходит полное сгорание его молекул и плавное возрастание давления в камере.
При низком цетановом числе возгорание смеси происходит с задержкой и вместо постепенного нарастания давления получается резкий взрыв скопившегося в камере сгорания топлива. Результатом таких взрывов является ударная нагрузка на поршень и кривошипно-шатунный механизм, проявляющаяся повышенной шумностью работы двигателя, стуками, вибрациями. Мощность двигателя при этом падает, а расход топлива увеличивается. Данная нагрузка может привести к повышенному износу и разрушению подшипников и вкладышей, поломке поршневых колец, прорыву картерных газов. Также, не успевшее сгореть топливо выбрасывается из цилиндра, частично оседая в виде нагара и кокса. Наблюдается повышенная дымность автомобиля, а выхлопные газы становятся более токсичными.
Превышение цетанового числа выше положенного, может привести к потере мощности, увеличению расхода топлива и попаданию его несгоревших молекул в выпускной коллектор. Снижение мощности двигателя и его повышенный расход обусловлены тем, что при раннем воспламенении смеси расширяющиеся продукты сгорания препятствуют движению поршня. Выброс несгоревших молекул топлива из цилиндра происходит в случае, если последнее впрыснутое топливо не успевает воспламениться по причине низкого содержания кислорода, давления или температуры в камере сгорания. Однако высокое цетановое число дизельного топлива не приводит к ударным нагрузкам на двигатель и прогоранию поршней, так как отсутствуют одновременные взрывы нескольких порций впрыснутого топлива, а его воспламенение происходит при более низких температурах.
В соответствии с государственным стандартом, цетановое число должно иметь значение не менее 51 для теплого климата (рисунок 1, таблица 2 подпункта 5.2 пункта 5 ГОСТ Р 52368-2005 от сентября 2005) и не менее 49-47 для холодного и арктического топлива (рисунок 2, таблица 4 подпункта 5.3 пункта 5 ГОСТ Р 52368-2005 от сентября 2005). Испытания проводятся в соответствии со стандартами ИСО 5165:2017, ASTM D613-18 или ГОСТ 3122, ГОСТ Р 52709.
В соответствии с бюллетенем Всемирной Топливной Хартии, рекомендуется применение топлива с цетановым числом не менее 55 (рисунок 3, стр. 60 шестого издания бюллетени от марта 2019).
Цетановое число прямогонных дизельных фракций может достигать 54-55 ед., однако с увеличением глубины переработки и очистки нефти оно снижается. В условиях холодного климата, для понижения температуры фильтрации дизельного топлива, как правило, увеличивают концентрацию легких (керосиновых) фракций, так как керосин имеет низкую температуру замерзания. Однако цетановое число керосина низкое, поэтому у зимнего или арктического топлива цетановое число ниже, чем у летнего.
Цетаноповышающие присадки (промоторы воспламенения) представляют собой органические азотсодержащие или кислородсодержащие соединения, способные инициировать реакции радикально-цепного окисления углеводородов. В качестве промотора воспламенения на российских нефтеперерабатывающих заводах официально разрешен к применению только 2-этилгексилнитрат.
Механизм действия промоторов воспламенения основан на образовании свободных радикалов, в результате легкого распада молекул присадки по связям О-О или О-N, инициирующих воспламенение топлива. Распыленный 2-этилгексилнитрат воспламеняется быстрее, чем углеводороды топливовоздушной смеси, впоследствии поджигая ее во всем объеме и увеличивая полноту сгорания топлива.
Увеличение цетанового числа дизельного топлива за счет добавления промотора воспламенения позволяет:
- увеличить полноту сгорания топлива
- повысить мощность двигателя
- снизить расход топлива
- облегчить холодный пуск в зимнее время
- обеспечить оптимальный режим работы двигателя
- снизить износ деталей цилиндропоршневой группы
- снизить шум и вибрации работы двигателя
- уменьшить нагарообразование в камере сгорания и форсунках
- уменьшить дымность и токсичность выхлопных газов
В 2016 году на Астраханском газоперерабатывающем заводе были проведены исследования по изучению эффективности действия отечественных присадок для дизельного топлива класса ЕВРО-5. Исследования показали, что все образцы цетаноповышающих присадок на основе 2-этилгексилнитрата демонстрируют примерно одинаковую в пределах погрешности метода способность повышать цетановое число дизельной фракции.
Минимальное количество присадки, требуемое для повышения цетанового числа топлива на 1 пункт, в опытах составило 150-175 грамм на тонну топлива. При добавлении во фракцию 0,07 % масс цетаноповышающей присадки цетановое число дизельной фракции увеличивается в среднем на 4,6 пункта, а при добавлении 0,012 % масс присадки цетановое число увеличивается на 6,4 пункта (рисунок 4).
Чтобы получить консультацию по присадкам Миксент, свяжитесь с нами по телефону +7 499 390-6774 или E-mail: info@prisadkidt.ru.