автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Оптимизация моторных свойств дизельных топлив с целью расширения их ресурсов

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт по переработке нефти

ВНИИНП

На правах рукописи

РУДЯК Константин Борисович

УДК 665.633.8.063.8

ОПТИМИЗАЦИЯ МОТОРНЫХ СВОЙСТВ ДИЗЕЛЬНЫХ топлив С ЦЕЛЬЮ РАСШИРЕНИЯ ИХ РЕСУРСОВ

05.17.07 — Химическая технология топлив и газа

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1990

ч ,1

Работа выполнена во Всесоюзной ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте по переработке не$тя (ВШ1 НП),г.Москва.

Научный руководитель - доктор технических наук

, Б.А.Энглиа

Научный консультант - кандидат технических наук

В.М.Российский

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор В.С.Азев

Кандидат технических наук В.А.Охружнов

Ведущее предприятие - Производственное объединение

"Завод имени Малышева" Защита состоится 19 октября 1990 года в .10 час. на заседа-. нии специализированного созета Д 103.04.01 по защите диссертаций на соискание степени доктора наук при Всесоюзном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте цо переработке нефти (111116 Москва, Авиамоторная улица, 6 ВНИИ НП)

С Диссертацией мохно ознакомиться в библиотеке ВНИИ НП. Автореферат разослан " " сентября 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических

наук, С.Н.С. Г.Н.Чернакова

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актунльяость пт> об л е г а I. Рост автотракторного парка страпп, ди-зелепацкя автомобильного транспорта и увеличение выпуска тепловозных дизелей определяют возрастание лотребности в дизельном топливе. Согласно экспертным оценкам дефицит дизельного топлива составляет в настоящее время около 3 ¡ян.т/год. В случае сохранения существующей структуры производства и показателе]': качества этот дефицит к 1995 г.'составит 8, а к 2000 г. - 13-15 :пи.т. Поэтому вопрос расширения ресурсов дизельных топлив является ва.тлюГ: народнохозяйственной проблемой, Единственном реальным путем увеличения ресурсов дкзелышх топлив является расширение их Фракционного и компонентного состава. Решение поставленной задачи предусматривается по трем направлениям. Во-первых, - ото вовлечение в дизельное топливо высококииящих фракций, т.е. утя.г.сление Фракционного состава; во-вторых, - более широкое вовлечение продуктов глубоко"; переработки нефти, в первую очередь, легкого газойля каталитического крекинга (ЛШК) и, в-третьих, - расширение Фракционного состава путем использования низкоглппщих фракций, например, газоконденсатов или бензиновых фракций.

Реализация любого из назвашшх направлений ведет к изменению физико-химических показателей топлив и, соответственно их моторных свойств. В свои очередь, моторные свойства томив - ото часть комплекса эксплуатационных свойств, которая не связана с хранением и транспортировкой дизельных топлив, а реализуется непосредственно в двигателе и определяется показателям! мощности, экономичности, параметрам! рабочего процесса, характеристикам!: работоспособности топливной спстеми, а таше экологическими характеристиками, отра;кю;'.;ими влияние дизельных топлив на токсичность отработав-

ших газов (ОГ) дизелей. Определение рациональных соотношений между моторными свойств&ли дизельных топлив и их основными физико-химическими показателями весьма актуально, т.к. способствует нахождению оптимальных путей увеличения вьфаботки дизельных топлив в условиях возрастающего их дефицита.

Цель работы. Поиок и сравнительный анализ путей расширения ресурсов дизельных топлив, при реализации которых сохраняется оптимальный уровень их моторных свойств. Для решения этой задачи б частности необходимо:

- исследовать влияния углеводородного состава и физико-химичес-'ких показателей качества дизельных топлив на характеристики работы двигателя;

- разраоотать математическую модель, позволяющую сопоставлять различные пути расширения ресуроов дизельных топлив;

- определить приоритетные способы оптимизации моторных свойств дизельных топлиь;

- разработать методику выбора наиболее рациональных; путей расширения ресурсов дизельных топлив,- позволяющих нефтеперерабатывающим предприятиям увеличить выпуск топлив при сохранении оптимального уровня их моторных свойств.

Научная новизна. В результате исследования взаимосвязей мезэду углеводородным составом дизельных топлив к юс моторными свойствами впервые установлено влиянче цикличности ароматических углеводородов га динамику процесса сгорания, а также на экономические п екологические показатели работы двигателя. Показано, что при утл-келешп: фракционного состава дизельных топлив, одним из путей сохранения уровня моторных свойств (показателей дышости,экономичности, параметров рабочего процесса и экологических характеристик)

является снижение их цетанового числа на 5-7 од.

I

Показала возмолшость использования ЛГКК как средства оптимизации моторных свойств дизельных топлив. Установлено, что лишги-рущими факторам! повышения содержания ЛГКК в дизельных топливах являются жесткость рабочего процесса и коксуемость распылителей форсунок. Этими факторами устанаачиваготся требования в отношении н.-.янего предела цетанового числа (40-42 ед.) и содержите трицше-лических ароматических углеводородов, которое кояст бить ограничено фракционным составом ЛГКК (концом кипения 28СЧ300°С).

Впервые с использованием кластерного анализа и метода главных коиюнент получена количественная оценка изменения характеристик работы двигателя (удельного расхода топлива и дымности 0Г) л ¿зависимости от изменения фракционного состава топлива (температура зикипания 10?, 50% и S0"j), а тшег.е его плотности, вязкости и цетанового числа.

Впервые установлено, ч1о скалистые вещества, содержащиеся э дизельных топливах, оказывают влияние па снижение коррозионного износа деталей цилиндро-пориневоЛ группы, вследствие снижения степени окисления серп з процессе предпламешшх реакции.

Тактическая ценность паботы. Установлено влияние основных фкгпко-химических показателей и углеводородного состава на параметры работы двигателя.

Разработаны математические модели, при помами которых произведен сравнительна анализ различных путей расширения ресурсов дизельных топлив и способов оптимизации их моторных свойств.

На основе анализа способоз оптимизации цетанового вдела рекомендованы наиболее рационачыше из них. В результате исследовать!, проведенных на моторном стенде, показана возможность использования

ЛГКК установок типа Г-43-107 как средства оптимизации моторных свойств при утяжелении фракционного состава дизельных топлив.

Возможность улучшений моторных свойств дизельных гоплив путем оптимизации цетанового числа подтверждается полигонными испытаниями, проведенными в ШО "Главмосавтотранс" для томив, содержащих ЛГКК установки Г-43-107 МКПЗ (ЦЧ смесей от 40 до 56 единиц); показано снижение расхода топлива и дымности ОГ при добавлении ЛГКК и снижении ЦЧ.

Определены требования к ЛГКК как компоненту дизельных топлив с точки зрения их моторных свойств.

На базе спроектированной и смонтированной нами установки Север-2, разработан комплексный метод оценки фильтруемости и прокачиваемое™ при пояояителъной и отрицательной температурах в динамических условиях, позволяющий оценить влияние утяжеления фракционного состава и вовлечения в дизельное топливо ЛГКК на работу системы фильтрации дизеле!!. На основе проведенных по разработанной методике исследований, выданы рекомендации по увеличению диаметра пор фильтрующих материалов (<!•:,*) с 3 до 12-18 ка, Это позволяет продлить срок слукбы фильтров тонкой очистки топлива (ФГОТ) в условиях увеличения содержания в топливе смолистых веществ, а такие позволяет более элективно применять депрессорные присадки, чем при использовании мелкопористых фильтрующих материалов.

реализация -результатов работы. На основе оптимизации моторных свойств газокснденсатных топлив разработаны ТУ на топлива ШЛ, ИВ, ПЯЛ, внедрение которых позволило расширить ресурсы дизельных топлив в районах Крайнего Севера.

На основании анализа работы форсированных дизелей специальной техники допущено к применении па этой технике дизельной топливо, содержащее 20% ЛГКК подвергнутого гпдроочисткс.

Разработаны н утверздеш во ЗШПШП как исследовательские дге методики оценки моторка свойств дизельшк тончив по их физико-химическим показателям и по показателям углеводородного состава, что позволяет прогнозировать моторные свойства, а такп;е выбирать паиболее оптимальные пути расширения их ресурсов. Разработан и утвердден ГоскомиосисЯ в качестве квалификационного (ренете Г» 540/1-153 от 27.07.90) метод оценки низкотемпературной прок.тш-ваемости дизельных топлив кп установке "Оевер-Я".

На основе исследований по разработанной методике, а такт.е эксплуатационных испытаний НПО "Главмосавтотранс" рекомендовало .к применения в качестве Фильтрувдего материала бумагу БТ-170 (номинальный 'диаметр пор 17 мкм вместо 3 мкм у БТ-6Н), что позволяет увеличить срок службы фильтров тонкой очистки топлива и применять дизелыше топлива с повышенным содержанием смолистых веществ, например, топливо У'!С.

На основе разработанной модели в ПО "Новополоцкнефтесргсинтез" внедрена методика прогноза низкотемпературных свойств дизельшк топлив. Получено подокителыюе решение на авторскую заявку.

Дпгюблцкя '•работы. Материалы работы докладывались на XI научно-методической и научно-технической конференции ПЛДП,февраль 1985г., на ХУ республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов,Уфа, 1987г., на научно-технической конференции

"Опит и перспективы применения новых видов топлива и источников энергии на автомобильном транспорте", Москва, апрель 1907 г. и на семинаре "Химмотология, теория и практика рационального применения нефтепродуктов" МДИП им,Дзержинского, Москва, 1989г.

Г)уб'!1н-;ания результатов работы. Отдельные результаты работы были дсшишш на трех научно-технических конференциях и семинарах. По результатам работы опубликовано 7 печатных работ, получено два авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на£,'711 страницах машинописного текста, включает 50 таблиц, 5-5 рисунков, 153 наименований литературы. Состоит из введения.четырех глав, выводов, описка использованной литературы, приложения.

II. КРАТКОЕ С0ДЕРКА1КЕ РАБОТЫ ПО ОТДЕЛЬШЛ ГЛАВА'/.

В первой главе проанализированы различные способы раоширения ресурсов дизельных топлив (рис.1). Пошзано, что каядый из расс1лотренных способов - утяжеление фракционного ооота-ва, введение в дизельное топливо продуктов каталитического крекинга, а также висбрекинга, легкого гидрокрекинга к газойлей коксования - Приводит к измерению в каэдом олучае целого комплекса фи-знко-хю.шческих показателей. Приведена оценка влияния перечисленных способов, а также их комбинаций, на изменение моторных свойств дизельных топлив. Рассмотрено влияние физико-химических показателей на их моторные свойства. Учитывая то, что двигатели с непо-средстзешшм впрыском и двигатели с разделенной камерой сгорания, ввиду различия в организации процесса сгорания топлива, по-разно-иу реагируют на изьвкенне качества дизельного топлива, а такие то, ч-.о основная масса отечественных дизелей имеет непосредствен-

ный впрыск, рассматриваюсь работы, в которых исследовался именно этот тип двигателя.

Как показали исследования, проведенные А.А.Гуреевнм и Г.М. К&чфером, важнейшей характеристикой, определяюпой протекание предпламенннх прсцессов и процесса сгорания топлива в дизелях, является доля топлива испарившегося до начала воспламенения ( КП^ ). Эта характеристика, связанная в частности с ЦЧ топлива и его фракционным составом, оказывает определяющее влияние на максимальное давление сгорания, на скорость нарастания давления, на выброс сажи.

Чем выше ЦЧ топлива, тем меньше П'риод задеркки яосатамяне-1шя, тем меньше времени имеется на испарение впргснутой поршш топчива. С другой стороны, чем тяжелее фракционный состав, тем меньше будет доля топлива испарившегося за период задержки воспламенения. Поэтому, изучив совместное влияние испаряемости и воспламеняемости с учетом гидродинамических характеристик топлив (плотности, вязкости, сжимаемости) представляется возможным проводить анализ различных путей расширения ресурсов топлив, оценивать расширение производства дизельных тоачив и влияние их Физико-химических показателей на моторные свойства. Однако, именно это1, круг вопросов не навел достаточного отраяения в литературе. Следовательно,, изучение влияния воспламеняемости, испаряемости, гидродинамических характеристик и других физико-химических показателей на моторные свойства с помощью моторных и безмоторных стендовых методов, краткий обзор которых также приведен в этой главе, позволит установить необходимо соотношения, на основании которых возможно будет проводить оптимизацию моторных свойств

дизельных топлив и выбирать наиболее рациональные пути расшире-.ния их ресурсов.

Вторая глава посвящена описанию различных способов оптимизации уровня воспламеняемости дизельных топлив (схема на рио.2). Показана возможность оптимизации уровня воспламеняемости путем добавления присадок (регуляторов воспламенения), изменяющих период задержки воспламенения (ПЗВ), путем использования кислородсодержащих соединений и водно-топливных эмульсий, а также введением в дизельное топливо ЛГКК. Снижение ЦЧ на 5-7 единиц у топлива УФС путем введения в него регуляторов воспламенения (т.е. без изменения углеводородного и фракционного состава) приводит к уменьшению удельного расхода и дымности ОГ до уровня, характерного для топлив, выпускаемых по ГОСТ 305-82. В отличие от регуляторов воспламенения, ЛГКК'таких установок, как ГК-3 или Г-43-107, является более доступным средством оптимизации моторных свойств. Как видно из табл.1, добавление ЛГКК, подученного о различных установок, по-разному влияет на изменение удельного расхода топлива, дымности ОГ и скорости нарастания давления. Отмеченное- различие связано с тем, что полученные смеси значительно отличаются по углеводородного и фракционному составу.

В третьей глава с целью изучения взаимосвязи моторных свойств топлива с углеводородным и фракционным соотавом, а также для выбора базовых показателей для математической модели, устанавливающей количественные соотношения мевду указанными характеристиками, исследованы смеси низкоцетанового и высокоцетанового дизельных топлив соответственно с н-парафиновыми и ароматическими углеводородами. Из анализа данных табл. 2 следует, что

расширим;

ФЙЛКЦИОМОЮ Г СС ГА ол

pTmt'AEHUÍ

¡ткциемге cú с тл ел

ГАЗОКОШ-ты

У/ГКК

Ô I э. спирты. ЭФИРЫ

Гио.1. Пути расюфония ресурсов мзеs.ivux тохига.

/ / fftyreüá

есйсмицшишгьнеПс/лннымной Ç^) WillHI'i»f!/fMf{ Kírtfin! '¿''Л _

V гсммшилъикм fMWe »'етмщгамгы р С] TexitMiTiiKm/t сп-.-ан c/>ri>Mis*"*t/l'r)

Ь d mmnw* см'сы ewimmuK

Гч0.2. СпссоЗи o;.Tina-i ж?г;рцих сг.ойств ¿щелышх тошш.

Таблица 2

Влияние добавления индивидуальных углеводородов на экономические и экологические показатели двигателя ОЦУ ЯМЗ-236

I г " ет

Температура Й Й и и

§ выкипания, „р

Тошпшшя смась я 3« £

о и о

о «сг <ОЙЯ Ен йи Й ° ** Ч К €94 ё а° =1

н о о> М рр- Ш 50% 9055 0) о (сад

Топливо ЗФС 52 230 290 360 46417 201,8 37,8 70

Топливо И'С+Т0!5 ¿-метил-нафталина 46 231 285 357 45805 198,8 39,5 63

Топливо У$<С+ЗС$ ¿-ь;зтил-нафталина • а! 232 274 357 44611,4 201,1 40,1 58

Топливо УФС+5? антрацена 44 230 294 360 46030,5 199,4 39,2 66

Топливо УФ(иВ% дибензила 45 231 290 360 45966,5 195,8 40,0 60

Лг-0,5 54 209 278 332 46786 199,1 38,7 66

Л-0,5+10Я> ¿-штплнафта-дика • 46 210 273 332 46147 195,6 39,9 57

Л-0,5+20$ ыетшшафта- лина 38 211 271 330 45508,6 193,4 40,8 47

Л-0,5+5# антрацена 50 210 283 336 46401 195,8 39,6 61

Л-0,5+10^ дибензила 49 210 280 331 46196 193,5 40,2 58

Л-0,5+20,5$ дибензила 43 212 278 331 45556 193,7 40,7 50

Л-0,5+10# бутплтолуола 50 200 273 332 46459 194,7 39 57

А-0,4 39 195 245 299 42872 194,5 41,28 48

А-0,4+4,5$ цетана 40 197 252 258 42939 199,2 40,3 50

Л—0,4+12?? цетана 42,5 198 250 293 43056 202 39,5 53

А-0,4+19,5$ цетана 47,5 202 256 280 43169 204,3 38,9 58

А-0,4+27# цетана 55 . 206 263 282 43282 206,2 38,6 66

Л-0,4*7/5 традекана 40 196 238 299 42983 196,9 40,6 49

А-0,4+17/2 традекана 44 203 240 300 43149 199,9 39,8 50

Л-0,4+27? традекана 50 204 238 297 43299 201,5 39,4 52

А-0,4+38£ традекана 55 212 239 294 43475 203,4 38,9 55

А-0,4+9^ декана 40 182 230 300 43031 т 40,5 51

А-0,4+23$ декана 45 173 ?08 255 43283 201,5 39,4 54

А-0,4+3752 декана 52 170 190 284 43531 204 38,7 57

А-0;4+52$ декака 55 169 184 201 43833 204,7 38,4 60

Taö^ia I

легьх! rasowieî катг^зтт.^ес^ого spp'ZEia ^-^-.г.чх. -створок sa пол^затсля zzztzzzzfl СЦУ í£>-23b

всс "

Т02- i

il je ï aï эв к z x а г а .1 2 ? i

кого s^esssra в ? с л я з g .

¡ os зе н : ра;н

ГХ-З Кп ЕЕ

ГГ-1 Г-гзлз^зр. ÏÏ3

14-И КЯр "Jj3

Ж

;ст ЪС< 1QÍ 1:1 ZY-, rci ^

ütf-icsoe 4ECJX) 53 49 1С-, S 43 об 49,5 48 46 43 38 49 47 45 41 £1 50,3 49,5 43 45

и Злость, Kt/a 5.0 4.1 3.8 ■ з.ез 3.4 4.25 4,01 3,73 3,5 3,0 4,45 4,2 4,34 4,02 4,8 4,6 4,5 4,3 4,2

í Пжтаоет», «y*3 S39 849 6Ь4 его 369 845 843 851 '857 60S, 5 847 849 854 662 842 843 845 8-13 850

¡3 :cí ! 227 \ZZb 225 225 226 226 22ö . 227 225 223 '227 227 226 226 227 223 223 229 229

¡i 5Cí 27C 270 г 61 258 252 272 263 2S5 га 25Э 274 270 283 256 Z7Ô 275 273 270 370

S| SCS 3¿2 342 340 330 332 343 342 333 325 зге 340 .339 337 331 342 341 341 240 339

"¿зиеаекге з^ель-ЕЗГ0 picrcza П. =2100 TOZL3LBÊ ОТЗССЬ- Teüso Сазсвого 103 (i.™-?.*,; Г/.П2Г.Ч 0 -3 -i -7 -4 -1,5 -4 -6 -5 -г.1 -4 -А -7 -1,5 0 -I -1,3 -1.5 1.4

Скзгоггь ñapee-

С,29 0,31 С,37 0,45 0,07 0. 9 0,36 0,41 0,49 0,52 0,31 С,36 0,43 0,59 0,3 0,31 0,32 0,22 0,33

2 2 ? Hsssae^r.d zs*-нсста СГ отко-1 CZTS-TLSO is." Cr-ЗСГО -5 -СО -10 -12 -15 -15- -10 -13 -13 -3 -5 -Q

?

g g?

IbicaeEï1; yxej^b— Boro pccicia тс^-tîïa. 3TB0CI-телгло базозсго

CsûpccTb Еагао-.ZnE-KEM.

•пал

КО-ТК Gf СГЛС-

эозо-

ЗСГС ТСГ^-ЗЗ

(HmTKi^jXaiT^E^I

О

С,24

-3 c,2S

-5 0,34

-э

С,42- С,45

!

-1,5 -4 ■ -7 0.24 0,21 0,33

-3

0.4

-1,5 1-3 -7 -5 -3 i Q -I

¡ - ;

О.Ы !0,-0 0.35 0,41 0,4S! 0,26 0,27

-2-2 3 0,27 3,23 0,-5

-is -ai 1-7 -n" -:з -is -:s !-s

13 ~:e i -3

на показатели работы двигателя наряду с уровнем ЦЧ общественное влияние оказывает его распределение по фракциям. Как показал дальнейший статистический анализ данных, представленных в табл.2, температуры выкипания Ь0% и 90$ топлива имеют высокую степень корреляции соответственно с удельным расходом и дымностью ОГ. Названные характеристики, а также показатели воспламеняемости, плотности и вязкости бали включены в число аргументов для обработки всей используемой нами статистической выборки, состоящей из 105 образцов дизельных топлив. Б эту выборку были включены топлива, значительно различающиеся по компонентному составу и о широким диапазоном показателей качества, позволяющем охватить все направления расширения ресурсов дизельных топлив (табл.3).

Обработка воей выборки в целом не позволила получить единого уравнения для прогноза моторных свойств топлив по их физико-химическим показателям. Причина этого состоит в частности в том, что взаимосвязи меядау физико-химическими показателя!.« топлив, отличающихся но компонентному, углеводородному и фракционному составу, различны. Поэтому для получения модели, удовлетворяющей нашим требованиям в представленной работе, впервые в практике обработки ;..ассивов показателей данных нефтепродуктов, бил применен кластерный анализ в оочетании с методом главных компонент. Согласно методике кластерного анализа вся рассмотренная выборка в зависимости от физико-химических показателей по специальной программе была разделена на отдельные группы - кластеры. Всего было выделено 4 кластера. Для кавдого кластера в отдельности были построены регрессионные уравнения. Поскольку исходные характеристики для построения уравнений - плотность, вязкость, показатели фракционного состава и др. сильно коррелировали между собой, то для построения

Таблица 2

Характеристика исследованной выборки (105 реализаций)

Показатели — , ........... .., — j Диапазон значений

Температура выкипания 10$, °о (т10) 140-245

Температура выкипания 50?, °С (Т50) 190-8OS

Температура выкипания 90%, ^ (Т90> 240-098

Плотность при 20aJ, кг/м3 (j>) 778-920

Вязкость при 20°С, /о m 1,2-9,35

Цетановое число <ЦЧ) 28-58

корректных регрезоио1Шых уравнений нами бил использовал метод главных коглпонент} в этом случае коррелированные физчко-хюличео-кие показатели заменены некорреклировашыми главными компонентами, кавдая из которых является линейной комбинацией физико-химических показателей (уравнение I). Прогноз моторных свойств согласно методу производится по уравнении второго порядка относительно I и II главных компонент - J^ и 7. 2< причем первая главная компонента отражает влияние фракционного состава, вторая - воспламеняемости. Для каждого j -того кластера =1,2,3,4) составлена таблица, в которую включены средние значения физико-химичзских показателей X, дисперсия каждого из показателей (3^ ■ и коэффициент

значимости каждого показателя Д; для расчета главных компонент, 2 _.jr ai (*;-*<)_

in 7^7 (I)

а также коэффициент и ^ .... h ,2 уравнения для расчета моторных овойств (МС) - дымнооти и удельного расхода топлива:

MC -- L* íi2-." l*. . (2)

Такая модель позволяет рассчитывать показатели работы двигателя по физико-химическим свойствам топлива, а также сравнивать мекду собой различные пути расширения ресурсов по их эффективности.

Вовлечение в дизельные топлива продуктов глубокой переработки нефти приводит к значительному изменению их углеводородного состава. Изучение влияния углеводородного состава топлив на их моторные овойства дает возможность более, регионально проводить оптимизации моторных свойств дизельных топлив о использованием различных продуктов глубокой переработки нефти. Нами совместно с С.А. Леонтьевой, А.А.Гринбергом и Т.В.Бигдаш были исследованы дизельные топлива, углеводородный состав которых изменялся введеш1ем в них различных промышленных продуктов, таких как ЛГКК, денормали-зат, хвосты парекса и др. Всего исследовано около 40 образцов.Для них определялось содержание moho-, би-, трицикличеоких ароматических углеводородов, изопарафинонафтеновых, н-парафин'овых (соответ-ствешо С11Ду, СБДу. С.-.ДУ, С.щ, ), а также определялась температура выкипания 50$. На ОЦУ ЯШ-236 оценивались моторные характеристики данных топлив. На основе сопоставления результатов исследований получены соответствующие регрессионные уравнения и впервые выявлены классы углеводородов, оказывающие наибольшее влияние на исследуемые моторные характеристики (уравнения 3-6)

ЦЧ = 29 - 0,6СБАУ + 0,081Т50 + 0,34СШ (3)

Сттт-т

Cjc 149 - 0,107 С^^у + 0,048' T^Q + 2,01- аср (4)

Н = 91 - 13СБду + 0,057 Тзд - 0,467Cjjjj- 0,365Сщ (5)-

ciP/^^634 + 0,0108СШ _ о,0012Т50 - 0,00643СШ (6)

где - сттдпевзвеяеююв число атомов углерода в н-парафинах ср

топлива.

Из анализа приведенных уравнений мояно заключить,что при сценке влияния углеводородного состава на моторные свойстве необходимо учитывать нз суммарное содерканме ароматических, а отдельно влияние С[1Ду, СБАу и СТАу, т.к. они по-разному влияют на работу двигателя.

На основе полученных моделей и с использованием методики определения потенциала'светлых нефтепродуктов, разработанной иод руководством Калинина A.A., проведен расчет для оценки изменения удельного расхода и дымнооти ОГ при увеличении выхода дизельного топлива за счет утяжеления фракционного состава и вовлечения ЛЫК. Приготовленные на основе данного расчета образцы дизельных топлив, содержащие 17 и 35$ ЛГКК, были испытаны на автомобиле ILA3-504 на автополигоне НАМИ. В табл.4 сравниваются результаты расчета и по-лигошшх испытаний, из которых оледует, что при добавлении 17-35% ЛГКК в дизельное топливо достигается снижение днмности ОГ на 25-303 и улучшение экономичности на 2,6-4$.

Таблица 4

Соотношение экспериментальных и расчетных данных по оценке эффекта от оптимизации цетанового числа (полигонные испытания топлив на МАЗ-604)

Топливо ! вяз- Г цета-J'температур^ дымйость .Гизменёние уд.

| ност£,1 кость! новое] выкипания | ОГ, | расхода топ-j кг/мз j м?г/с| число! Qg _j ед._\ лива, %

_j_j j | 50?» 1 90$ раоч.{ факт. { раоч.{ Факт.'"

Л-0,5 843 5,34 55 279 360 63 60 0 0 Л-0,5+18$

ЛГКК 861 5,17 47 273 350 50 51 2,6 2,8 Л-0,5+35$

ЛГКК 872 4,92 41 270 360 44 42 3,0 3,9-1

А-0,4 854 3,8 40 247 297 38 40 5 0 3,5

О помощью разработанной модели проведена оптимизация моторных свойств топлив, содержащих ДИСК, и гязоконденоатнюс дизельных топлив, установлен оптимальные! уровень воспламеняемости, при котором возможна нормальная работа техники при максимальном отборе дизельного топлива от газового конденсата (ПК не ниже 120°С).

В четвертой главе- рассмотрены вопросы работоспособности системы питания дизельных двигателей в условиях изменения фракционного и компонентного состава топлив, связанного с расширением их ресурсов. Поскольку утяжеление фракционного ооста-ва и вовлечение в топливо продуктов глубокой переработки нефти приводит к увеличения содержания смолистых веществ ■> топлива, нами бш.о исследовано влияние смолистых веществ на износ деталей топливной аппаратуры, цилиндро-поргшевой группы, на оклошюсть топлив к ьакоксовывашш распылителей форсунок, на фильтруемссть при псм.тателькой температуре, определяющей орок службы фильтров тонкой очистки топлива (©ГОТ).

Исследование противоизноскых свойота дизельных топлив методом иар по диску,(разработаншм Г.И.Шором с сотрудниками) показало,что иаихуд>зши протквоизносными свойствами обладает именно о<5еосмо-ленное путем адоорбционной очистки дизельное топливо (рис.3). С увеличением оодеряания смолистых веществ противоизносные озойства улучшаются. Статистической обработкой результатов 550-часовых испытаний шести образцоз топлив (рис.4, 5) показано, что увеличе..ие содержания смолистых веществ в топливе (фактически смол до 70 от, адсорбционных - до 5500 мг на 100 'мл) способствует уменьшения износа гильз и поршневых колец. Дальнейший рост содержания смолио-тых веществ приводит к заметному образованию отлоке1шй в порше-вых канавках. Исследования, проведешше с использованием специ-

алыю разработанной нами методики оценки кислотности ОГ, позволяет предположить, что отмеченный в этих испытаниях эффект снижения износа гильз при увеличении содержания смолистых веществ з топливе связан с уменьшением коррозионного воздействия на детали ■цилиндро-лорпшевой группы. Снижение коррозионного износа связано с воздействием смолистых веществ на степень окисления сери в пред-пламенных процессах.

Наибольшую склонность к закоксовкванию распылителей форсунок показал образец обессмоденного топлива. Исходный образец необео-омоденкого топлива и тот же образц, в который были добавлен« выделенные адсорбцией смолистые вещества, показали примерно одинаковую склонность к захоксовнванки распылителей форсунок (табл.5). Влияние добавления в топливо ЛГШС на склонность к закокоовывашш распылителей форсунок в существенной степени зависит от углеводородного состава этого газойля, что, по нашему мнешш, связано с присутствием в хвостовых фракциях Л1КК трициклических ароматических утлеводородов (табл.5).

Для изучения влияния изменения Фракционного и компонентного оостава дизельных топлив на работоспособность системы фильтрации дизелей, нами била создана установка "Север-8" и разработан комплексный метод оценки фильтруемооти и прокачиваемооти дизельных топлив при положительных и отрицательных температурах в динамических условиях. Критерием оценки фильтруемооти при положительной температуре по разработанному методу является время фильтрации топлива, до достижения перепада давления на фильтре в I кг/а£. Критерием оценки низкотемпературной фильтруемооти является температура, при которой достигается тот же перепад давления(1 кг-сг.?') при постоянном расходе топлива через фильтр, критерием оценки

мг

и

\

\ в

•

100

Iу«е ¡но ¡/1> Н1/ц,„Л

Рис. 3. Влияние смолистых веществ на износ деталой, трущихся в среде топлива (Метод шар по диску)

II

М"Н

1100 1 1

ч

ь N

$ тс / г

/ !

о * . 51 т * ^ //

Рис. Влияние отлояения в I канавке на износ деталей ЦПГ (500 час. испытания) .

1-износ колец, мг

2-износ гильз, мкм

2

нг И2> 100С кг 400 }00 100 1 <

Л

Рис. 5, Влияние смолистых веществ на износ п отложения на де-./' талях ЦПГ (500 час. испытания)

1-отложения в I канавке, мг

2-езнос колец, мг

3-износ гильз,мкм

г<

Таблица 5

Влияние добавления ЛГКК и индивидуальных углеводородов и содержания скалистых веществ на склонность тонлив к закоксовыяаяия распылителей форсунок

Топливо

! Пределы ¡'Коэффи-1IIзгленениё за 'Содер-1 вики па- ; циент ! опыт. % ' ........

! НИЯ ДО- | ЗШСОКСОЧудельнсм дадно-

! баален- вывания рао_ ог | кого к-;

! »по *

I жание 1 ТАУ

та

!

рао-ода оплива

Л-0,5 2,8 0,6

Л-0,5+20$ ЛШК Г-43-107 (обр.1) 195-С72 2,6 0 0 0,5

Л-0,5+20$ ЛГКК , Г—43-107 (обр .2) 200-278 2,7 +1 0 0,5

Л-0,5+20$ ЛГКК Г-43-107 (обр.З) 200-286 3.7 +3 +7 1,0

Л-0,5+20$,ЛШК , Г-43.-10? (обр.4) 196-296 3,8 +3 ♦-9 1,2

Л~0.5+20$ ЛГКК Г-43-107 (обр.5) 195-312 4,0 +4 +10 1,4

Л-0,5+20$ ЛГКК Г-43-107 (обр.6) 197-350 4,4 +3 +12 2 ,Ь

Л~0,5+20$ ЛГКК 1А/1М гидроочищенного 201-350 3,2 +2 +7 1Д

Л-0,5+20$ Л1ЖК 1А/1Ы негидр оочищенно- го 180-350 4,3 +3 +9 1.2

Л-0,5+20$ цетана 4,3 +2 +0 0,5

Л-0,5+2С$ метилнафта-лина 2,5 0 0 0,5

Л-0,5+5$ антрацена 4,8 +3,5 +10 5,4

Топливо УФС (адсорбционных смол 2700 мг/100 мл) 3,6 +2,5 +7 1,3

Топливо УФС обессмо-ленное (адсорбционных смол 20 мг/100 ьи) 5,1 +3,6 +12 1.3

Топливо УФС с добавлением 1000 мг/100 мл адсорбционных смол (3700 мг/100 мл) 3,7 +3 +3 1.3

Таблица 6

Фильтруемость топлива в зависимости от их плотности, вязкости л оодерзгания смолистых веществ

йосде-<

дуемый! Состав тоачи-пара- ! ва метр

■ Показатели топлива . Время фильтрации,

плот— I вяз- 1 коэдфи-! , _

поста! кость,! "иент!^Ж3 ч"иез

1 сти ¡ном

I

БТ-1ОТ

I

=10 мкм

И5 с*

3-0,5

3-0.5+1,5л5КП-го1^

3-0,5+3£ КП-20

808

808 808

2,64

4,12 6,26

2,85

2,9 2,9

107

102 93

186

183 178

3-0,5 808 2,64 2,85 107 ' 186

ь о о 3-0,5+155? ЛГКК2) 836 2,73 2,8 98 173

о ё 3-0,5+30?* ЛПК 862 2,80 2,76 90 165

иг/100 еде. смол) г/л 837 5,11 2,12 97 143

Смолы Л-0.2+ смолы (2970 кг/100 аде.смол) мл 837 5,11 2,98 77 128

Л-0.2+ смолы (3970 мг/100 аде.смол) их 837 5,12 4,16 54 III

I) Заг-^ушдадая присадка на основе полиизобутилена.

2) Образец ЛШК предварительно подвергнут обессмоливанию 01 :и-кагелем.

прокачиваемости топлива является температура, при которой расход топлива через заборную сетку снижается на 90$. Исследование влияния плотности, вязкости, содержания омояистых веществ на работу . системы фильтрации показали, что срок службы ФГОТ снижается

главным образом под действием смолистых веществ (табл.6). Однако из этих же данных следует, что о увеличением диаметра пор с 3 до 10 мкм снижается чувствительность фильтрующего материала к содержали» смолистых веществ в дизельном тсплиго. Известно,что в большинстве стран Запагшой Европы,США, Канаде используются с номинальной тонкостью отоева 12-18 мкм, что, продлевая срок служб и ФТОТ, не приводит к износу топливной аппаратуры. На основании проведенных исследований, нами были организованы сравнительные испытания фильтруиакх элементов из бумаги НГ-ЗП с номинальным диаметром пор 3 мкм и БТ—170 с номинальным диаметром 15-18 мкм в оксплу-атационних условиях. Испытания на установке "Север-2" показали возможность увеличения срока службы ФТОТ в 4 раза ггри использовании бумаги ВТ-170. Получение результаты были полностью подтверждены оксплуатацлонными иопнташюш, проведенными созместко с 11АМ11 на автокомбинате !Ь I НЛО "Кгавмссавтотранс". В результате испытаний с учетом предложений ВИЙИНП, бумага ВТ-170 рекомендована к применению на автомобилях "Глазмосавтотранса". Дальнейшие исследования, проведенные на установке "Север-2", а такг.е в камере хал ода и в условиях эксплуатации показали, что применяемые н:л1е фильтрующие материалы с номинальны!.! диаметром пер 3 мнм не позволяют оЛйек-тивно использовать депрессоршэ присадки и тем саг,ил расширять ресурсы зимних дизельных топлив. Вместе с тем при увеличении диаметра пор фильтрующих материалов до 15 и до 22 мкм ¡лшимальная температура работоспособности топливной опстеш на одном и том же топливе с депрессорной присадкой снижается на 10-12°С. Эти данные подтверждены испытаниями, проведенная! на ПО "Завод им.Малжева" и НПО Тлавмосазтотранс",.

ВЫВОДЫ

Т. На основе выполненной работы .определены наиболее перспективные пути расширения ресурсов дизельных топлив. Установлены показатели и технологические приемы оптимизации моторных свойств дизельных топлив; определены допустимые пределы их изменения. Показано, что основными способа™ улучшения моторных свойств являются - оптимизация цетаиового числа и расширение фракционного состава по началу гашения; основными технологическими приемами являются - введение в топливо ЛГКК, легких - бензиновых и газокондек-сатных фракций, в ограниченных пределах возможно применение регуляторов воспламенения.

2. Разработаны математические модели, позволяющие прогнозировать моторные свойства топлив и сравнивать по эффективности различные пути рассшрения ресурсов дизельных тоглив.

3. Установлено, что введение в топливо до 30?í ЛГКК при уровне ЦЧ смеси не ниже 40 ед. не ухудшает моторных свойств дизельных топлив, а дальнейшее увеличение содерглння ЛГКК ввиду значительного увеличения ПЗВ и снижения теплоты сгорания мокет приводить к увеличении дымности 0Г, удельного расхода, возрастанию гакоксовы-вания распылителей форсунок.

4. Показано, что оптимизация ЦЧ дизельных топлив на уровне 40-42 ед. позволяет повысить их температуру выкипания 5055 до 300°С, сохраняя удельный расход топлива и дымность 0Г на дос-уп-но..1 уровне.

5. Установлено, что при оценке влияния углеводородного состава на моторные свойства необходимо учитывать не суммарное содержание ароматических углеводородов, а отдельно - moho-, би- и трициклических, поскольку их влияние на показатели работы двига-,теля различно.

6'. Установлено, что трицикличеокие ароматические углеводоро-ди, присутствующие в ЛШС, оказывают влияние на увеличение склонности топлив к закоксозыванию распылителей форсунок и, несмотря на их низкие цетановыз числа, не могут использоваться как средст-н во оптимизации уровня воспламеняемости.

7. Выяснено влияние смолистых веществ на снижение коррозионного износа деталей цилиндро-пориневой группы. Показано, что увеличение содержания смол способствует уменьшению уровня кислотности ОГ, что связано со снижением степени окисления серы в пред-пламенкых процессах.

3. С целью увеличения срока слухбп 2Г0Т при эксплуатации техники на перспективных дизельных топливах, т.е. топливах, содерка-щих продукты глубокой переработки нефти и топливах угяхеленного фракционного состава, а также для создания необходимых условий для применения депрессорних присадох:, рекомендовано увеличение ■ номинального диаметра пор фильтрующих материалов с 3 до 10-13 шал.

9. Разработан комплексный метод оценки фгльтруемости и прокачиваемое™ дизельных топлив пря положительных и отрицательных температурах в динамических условиях. Метод утверзщён Госкомиссией в качестве квалификационного.

Результаты работы использованы при разработке ТУ и внедрении топлив П1Ш, ША и ПЕЗ, при выборе оптимальны;: Фмьтруэтчих материалов на объектах автотракторной и специальной техники. Методика прогноза низкотемпературных свойств, разработанная на базе установки "Сезер-2", внедрена при усовершенствовании системы управления качеством в ПО "Новополоцкнефгеоргсинтез".

Основное содержание дисоертации изложено в следующих публикациях

I. Оперативный анализ показателей качества компонентов товарных нефтепродуктов на НПЗ /Л.А.Лсшш, К.Б.Рудяк// Создание систем управления производственны!,га объединениями и предприятиями нефтег.ерерабатывапщей и нефтехимической промышленности: Сб. научных трудов. М. ЩШТЭнефтехик 1986. - Вып. 48. - С.80-85.

2 . Влияние тонкости фильтрования на эксплуатационные свойства и ресурсы дизельных тоглив /В.Я.Росс.гаокий, Ф.В.Туровский, К.Б.Рудяк// Практика улучшения очистки воздуха, масла и топлива в двигателях внутреннего сгорания: Тезисы дотладов Всесоюзного научно-технического семинара (г.Саратов 9-11' июня Ю87 г.) М. - 1987.

3. Улучшение экономических и экологических характеристик автомобиля на летнем дизельном топливе с цетаковым числом 40-42 од. /В.С.Шупляков, Ю.И.йунин, 1иИ.<Зрумин,'В.!Л.Российский, О.В. Туровский, К.Б.Рудяк// Опыт и перспективы применения новых видов топлива и источников энергии на автомобильном транспорте: Тезисы докладов научно-технической конференции 16-17 агтр. 1987 г. Москва. С.37-39.

4. Влияние углеводородного ооотава дизельных топлив на их моторные характеристики /К.Б.Рудяк, А.А.Гринберг, Т.В.Бигдаш, А.Г.Лерман, В.Н.Россинсш$//Нефтепереработка и нефтехимия -М,'ЦНИИТЭнефтехим. -15 7, - 1987. - С.3-5.

5. Исследование влияния легкого газойля каталитического крекинга установки типа Г—43-107 на г.сгорные сзойства дизельных топ-лиз/ К.Б.Рудяк//7.ктексификшия процессов переработки тяжелых нефтяных остатков: Тезисы докладов ХУ республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов, Уфа, 1987. С.92-S3.

6. A.c. ü II5224I Топливная змульсия/З.Г.Бедекко, Б.Е.Чистяков, Т.В.Старикова, И.С.Ахметжэлов, И.С.Иепель, Н.А.Иванова, З.М.Российский, К.Б.Рудяк, Ф.В.Туровский.

7. Оценка склсшости дизельных тогшив к закоксовывашга распылителей форсунок на двигателе Д-21А воздушного охлаждения/ В.М.Россинсюй, <5 .В .Туровский, К.Б.Рудяк/Л I научно-методическая и научно-исследовательская конференция MAßi: тезисы докладов. M. - 1983. - С.39.

8. Влияние характеристик фк ль трущих материалов на эффективностьь использования депрессорных присадок и минимэльную температуру применения дизельных то л л ив. /Рудяк К.Б. Российский В.М., Знглин Б.А.// Химмотология - теория а прзчтияэ рационального использования горючих и смазочных материалов в технике; сборник трудов семинара ДНИ им 0.3. Дзержинского И, - 1989.

подписано к печати 03.(19 . 9СК-.Формат 60x40 1/16

Объем 1,39 п.л. Чаказ 794 тирлх ЮОэкз ^_

FММ ВНИИНП