Цетановое число ( цетановый рейтинг ) ( ЦЧ ) является показателем скорости сгорания дизельного топлива и сжатия, необходимого для воспламенения. Оно играет для дизельного топлива такую же роль , как октановый рейтинг для бензина . ЦЧ является важным фактором, определяющим качество дизельного топлива, но не единственным; другие измерения качества дизельного топлива включают (но не ограничиваются) энергосодержание, плотность , смазывающую способность, свойства текучести на холоде и содержание серы. [1]
Цетановое число топлива определяется путем нахождения смеси цетана и изоцетана с одинаковой задержкой воспламенения. Цетановое число цетана определено равным 100, в то время как измеренное цетановое число изоцетана равно 15, заменяя прежнее эталонное топливо альфа-метилнафталин , которому было присвоено цетановое число 0. После того, как смесь известна, цетановое число рассчитывается как средневзвешенное по объему, округленное до ближайшего целого числа, цетана 100 и изоцетана 15. [2]
Цетановое число — это обратная функция задержки воспламенения топлива, периода времени между началом воспламенения и первым идентифицируемым повышением давления во время сгорания топлива. В конкретном дизельном двигателе топливо с более высоким цетановым числом будет иметь более короткие периоды задержки воспламенения, чем топливо с более низким цетановым числом. Цетановые числа используются только для относительно легких дистиллятных дизельных масел. Для тяжелого (остаточного) мазута используются две другие шкалы, CCAI и CII .
Обычно дизельные двигатели хорошо работают с цетановым числом от 48 до 50. Топливо с более низким цетановым числом имеет более длительные задержки воспламенения, требуя больше времени для завершения процесса сгорания топлива. Следовательно, более скоростные дизельные двигатели работают более эффективно с топливом с более высоким цетановым числом.
В Европе цетановое число дизельного топлива было установлено на уровне минимум 38 в 1994 году и 40 в 2000 году. Стандарт для дизельного топлива, продаваемого в Европейском Союзе , Исландии , Норвегии и Швейцарии, определяется стандартом EN 590. С 1 января 2001 года EN 590 требует минимального цетанового индекса 46 и минимального цетанового числа 51. Высококачественное дизельное топливо может иметь цетановое число до 60. [3]
В Финляндии дизельное топливо премиум-класса, продаваемое сетями заправочных станций St1 (Diesel Plus), Shell (содержащее GTL) и ABC (Smart Diesel), имеет минимальное цетановое число 60, при типичном значении 63. [4] [5] [6] Возобновляемое дизельное топливо Neste MY, продаваемое в Финляндии, имеет минимальное цетановое число 70. [7]
В Северной Америке большинство штатов принимают ASTM D975 в качестве стандарта дизельного топлива, а минимальное цетановое число установлено на уровне 40, с типичными значениями в диапазоне 42-45. Высококачественное дизельное топливо может иметь или не иметь более высокое цетановое число в зависимости от поставщика. Высококачественное дизельное топливо часто использует присадки для улучшения цетанового числа и смазывающей способности , моющие средства для очистки топливных инжекторов и минимизации отложений углерода , вододиспергирующие вещества и другие присадки в зависимости от географических и сезонных потребностей. [ необходима цитата ] . Дизельное топливо Калифорнии имеет минимальное цетановое число 53. [8] В рамках программы Texas Low Emission Diesel (TxLED) есть 110 округов, где дизельное топливо должно иметь цетановое число 48 или выше, или же должно использовать одобренную альтернативную формулу или соответствовать назначенным альтернативным пределам. [9]
Возобновляемое дизельное топливо Neste MY, продаваемое в Северной Америке, имеет цетановое число 70+. [10]
Алкилнитраты (в основном 2-этилгексилнитрат [11] ) и ди- трет -бутилпероксид используются в качестве добавок для повышения цетанового числа.
Биодизель из растительных масел имеет цетановое число в диапазоне от 46 до 52, а биодизель на основе животного жира — от 56 до 60. [12] Диметиловый эфир является потенциальным дизельным топливом, поскольку имеет высокое цетановое число (55-60) и может производиться как биотопливо . [ 13] Большинство простых эфиров, включая жидкие, такие как диэтиловый эфир , можно использовать в качестве дизельного топлива, хотя их смазывающая способность может вызывать опасения.
Цетан — это углеводород с химической формулой C16H34 и , в частности , структурной формулой CH3 ( CH2 ) 14CH3 . Также называемый н-гексадеканом, это неразветвленный насыщенный алкан . Цетан воспламеняется с короткой задержкой при сжатии и ему присвоено цетановое число 100. Альфа -метилнафталину , который имеет большой период задержки, было присвоено цетановое число 0, но в качестве эталонного топлива он был заменен 2,3,4,5,6,7,8-гептаметилнонаном , которому присвоено цетановое число 15. [2] Все остальные углеводороды в дизельном топливе индексируются по цетановому числу в отношении того, как быстро они воспламеняются при сжатии, т. е. в условиях дизельного двигателя . Поскольку дизельное топливо состоит из сотен компонентов, общее цетановое число этого топлива является средним цетановым числом всех компонентов. Высокоцетановые компоненты оказывают непропорционально большое влияние, поэтому используются высокоцетановые присадки.
Цетановые числа довольно сложно измерить точно, так как для этого требуется специальный дизельный двигатель, называемый двигателем Cooperative Fuel Research (CFR). В стандартных условиях испытаний оператор двигателя CFR использует ручное колесо 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 вычисляется результирующее цетановое число путем определения того, какая смесь цетана ( гексадекана ) и изоцетана (2,2,4,4,6,8,8-гептаметилнонана) приведет к той же задержке зажигания.
Другим надежным методом измерения производного цетанового числа (DCN) дизельного топлива является тестер качества воспламенения (Ignition Quality Tester, IQT). Этот прибор применяет более простой и надежный подход к измерению CN, чем CFR. Топливо впрыскивается в камеру сгорания постоянного объема при температуре приблизительно 575 °C и давлении 310 фунтов на квадратный дюйм (21 бар). Время между началом впрыска и восстановлением давления в камере сгорания до 310 фунтов на квадратный дюйм (21 бар) определяется как задержка зажигания. Эта измеренная задержка зажигания затем используется для расчета DCN топлива. Затем DCN топлива рассчитывается с использованием эмпирической обратной зависимости от задержки зажигания. Из-за воспроизводимости, стоимости материалов и скорости IQT он стал окончательным источником для измерений DCN топлива с конца 2000-х годов. [14] [15] [16]
Другим надежным методом измерения производного цетанового числа дизельного топлива является 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 внутри камеры определяет начало сгорания. Затем задержка воспламенения топлива может быть рассчитана как время, прошедшее между началом впрыска топлива и началом сгорания. Затем производное цетановое число топлива может быть рассчитано с использованием эмпирической обратной зависимости от задержки воспламенения.
Другой статистический показатель, используемый потребителями топлива для контроля качества, — это цетановый индекс (CI), который представляет собой расчетное число, основанное на плотности и диапазоне дистилляции топлива. Существуют различные версии этого показателя в зависимости от того, используются ли метрические или имперские единицы, а также от количества используемых точек дистилляции. В настоящее время большинство нефтяных компаний используют «4-точечный метод», ASTM D4737, основанный на плотности и температурах восстановления 10%, 50% и 90%. «2-точечный метод» определен в ASTM D976 и использует только плотность и температуру восстановления 50%. Этот 2-точечный метод имеет тенденцию переоценивать цетановый индекс и не рекомендуется. Расчеты цетанового индекса не могут учитывать присадки, улучшающие цетановое число, и поэтому не измеряют общее цетановое число для дизельного топлива с присадками. Работа дизельного двигателя в первую очередь связана с фактическим цетановым числом, а цетановый индекс — это всего лишь оценка базового (без добавок) [ необходимо разъяснение ] цетанового числа.
Отраслевыми стандартами для измерения цетанового числа являются ASTM D613 (ISO 5165) для двигателя CFR, D6890 для IQT и D7170 для FIT.
{{cite web}}: Цитата использует общее название ( помощь )