Что такое дизельное топливо: состав, производство, характеристики и применение

К самым востребованным нефтепродуктам относится дизельное топливо (ДТ, дизтопливо). Применяется в качестве горючего во многих сферах. Ввиду экономичного расхода по спросу не уступает, а иногда даже превосходит бензин. В связи с этим предлагаем подробнее изучить, что такое дизельное топливо, из чего и как его производят, а также марки и сферы применения.

Состав дизельного топлива

Если рассматривать, из чего делают дизельное топливо, то однозначно можно сказать – из нефти. В составе продукта смесь углеводородов:

• Парафиновых – до 10-40%. Алканы и нефтяные парафины с 18-35 атомами водорода и углерода.
• Нафтеновых – 20-60%. Циклоалканы – циклические насыщенные углеводороды, преимущественно циклогексан и циклопентан.
• Ароматических – 15-30%. Арены – органические циклические соединения с ароматической системой – бензольным кольцом: 6 углеродно-водородными группами в углах молекулярного шестиугольника. Такие углеводороды входят в состав многих конечных продуктов, получаемых при переработке нефти.

Дополнительно дизтопливо может содержать смолы, соединения серы, вода, механические примеси, а также красители (кроме зеленого и голубого) и вещества-метки. Допускается добавление присадок, но не металлосодержащих (не касается антистатических). Конкретный химический состав зависит от ряда факторов:

• места добычи нефти;
• температуры перегонки;
• добавленных присадок, меняющих характеристики и состав.

На что влияет состав дизельного топлива

Содержание углеводородов и других веществ влияет на свойства и особенности применения дизтоплива:

• Стойкость к низким температурам. Максимальные показатели принадлежат зимнему и арктическому дизтопливу. Чтобы этого добиться, в состав добавляют тяжелые углеводороды.
• Износ двигателя. Происходит быстрее, если в составе больше нафтеновых углеводородов, смол и других примесей.
• Испаряемость. Чем больше смолистых примесей, тем хуже испаряется дизтопливо и сложнее происходит воспламенение.
• Вязкость. Определяет возможность использовать дизтопливо при отрицательной температуре. Чем больше парафиновых углеводородов, тем быстрее кристаллизуется (застывает) топливо: летнее – при -10 °C, а густеет уже при -5 °C. Чтобы снизить температуру застывания, дизель подвергают депарафинизации – очищению от парафинов. Чем их меньше, тем более сильные холода может выдержать нефтепродукт.
• Цетановое число. Определяет степень воспламеняемости горючего в цилиндре. Чем больше парафинов, тем выше цетановое число и больше показатель воспламеняемости.

Технология производства дизельного топлива

Дизтопливо – это вязкая жидкость цвета, который зависит от количества смол в составе. Оттенок может быть от желтого до светло-коричневого. Горючее получают путем перегонки нефти. Сырье нагревают до нужной температуры, и из него выкипают определенные фракции, не только дизельные.

Газойлевые и керосиновые фракции – то, из чего преимущественно состоит дизельное топливо. Для них характерны высокие температуры кипения – 180-360 °C. Для каждой марки дизтоплива установлены температурные значения выкипания:

• 50% перегоняется при температуре не выше 280 °C для летней, межсезонной и зимней марки, не выше 255 °C – для арктической;
• 95% по объему перегоняется при температуре не выше 360 °C для всех марок дизтоплива.

Указанные температуры характеризуют фракционный состав дизельного топлива, установленный п. 5.2 ГОСТ 305-2013. Фракции определяют в соответствии с ГОСТ ISO 3405-2013. Не допускается, чтобы температуре перегонки была ниже 200 °C и выше 360 °C. Знать фракционный состав важно, поскольку это помогает определить, насколько качественно будет сгорать топливо, какой будет токсичность отработанных газов и степень дымности.

Установка для производства дизельного топлива

Если говорить о том, как получается дизельное топливо, то можно выделить следующие основные этапы:

• В ректификационных колоннах нефть делят на несколько фракций: бензиновую, керосиновую, дизельную и мазут. Колонны представляют собой аппараты для разделения жидких смесей, компоненты которых кипят при разной температуре.
• Дизельную фракцию подвергают вторичной переработке, чтобы добиться нужного химического состава и структуры углеводородов. С помощью каталитического (высокотемпературного) или гидрокрекинга горючее очищают от избытка серы.
• Прямогонные фракции совмещают с теми, что прошли гидроочистку, что позволяет соблюсти требования ГОСТа. В дизельное топливо высокого класса дополнительно вводят депрессорные и антидымные присадки.

Как работают ректификационные колонны

Здесь нужно сказать, что такое гидродизельное топливо. Оно представляет собой гомогенизированную (однородную) водотопливную эмульсию (ВТЭ), применение которой помогает уменьшить выбросы в атмосферу вредных веществ NO и CO и повысить коэффициент сжигания топлива.

Какие виды дизельного топлива существуют

Дизтопливо классифицируется по сезону, когда его рекомендовано использовать. Разница заключается в максимальной температуре, до которой применение нефтепродукта не приводит к засорению топливной системы из-за кристаллизации. Если говорить о том, какие марки дизельного топлива выпускает наша промышленность, то это будут:

• Летнее дизельное топливо (Л). Предназначено для использования при температуре от -5 °C и выше.
• Межсезонное (Е). Используется при температуре окружающего воздуха от -15 °C и выше.
• Зимнее (З). Рекомендовано для применения при температуре до -25 °C и до -35 °C (в зависимости от реальной температуры фильтруемости, о которой пойдет речь ниже).
• Арктическое (А). Применяется при температуре от -45 °C и выше, оптимально для использования в суровом климате.

Зимнее дизтопливо можно получить путем добавления в летнее специальных депрессорных присадок, которые снижают температуру застывания и незначительно влияют на температуру предельной фильтруемости. Самый дорогой способ получения арктического топлива – депарафинизация летнего, т. е. очищение от парафинов, выступающих причиной кристаллизации при низкой температуре окружающей среды.

Какие виды дизельного топлива бывают по экологичности:

• Евро 3. Устаревший стандарт ДТ, бывший актуальным до 2006 года. Сегодня вытеснен с производства, поскольку не удовлетворяет новым требованиям.
• Евро 4. Все ввозимые в Россию транспортные средства с 2013 года должны соответствовать минимум стандарту Евро 4. Но нужно учитывать, что в ближайшем будущем международное сообщество намерено отказаться и от этого стандарта.
• Евро 5. Действует с 2009 года, считается обязательным для всех дизельных автомобилей, выпускаемых мировой промышленностью с 2010 года. В России этот стандарт тоже действует как в отношении ввозимого транспорта, так и в отечественном автомобилестроении.
• Евро 6. Новый стандарт, введенный в Европе с 2015 года. В соответствии с ним были созданы новая схема рециркуляции выхлопов EGR, система селекции газов SCR и сажевые фильтры. За счет этого в выхлопах содержатся только вода и безвредные газы. На территории России стандарт пока не действует.

Дополнительно дизтопливо классифицируется на экологические классы, зависящие от содержания серы:

• К2 – не более 500 мг/кг;
• К3 – не более 350 мг/кг (вид I);
• К4 – не более 50 мг/кг (вид II);
• К5 – менее 10 мг/кг (вид III).

Основные характеристики дизельного топлива

Теперь ответим на вопрос, чем характеризуется дизельное топливо. К главным параметрам горючего относятся:

• цетановое число;
• плотность;
• вязкость;
• температура вспышки;
• массовая доля серы;
• зольность;
• кислотность;
• содержание воды;
• предельная температура фильтруемости.

Цетановое число

Если для бензина основная характеристика – октановое число, то для дизельного топлива – цетановое. В бензиновом двигателе воспламенение происходит от искры, а в дизеле – от силы сжатия. Оба числа отражают, насколько быстро топливовоздушная смесь воспламеняется в цилиндрах двигателя. По-простому это задержка по времени между поступлением смеси в цилиндры и ее зажиганием от сжатия.

Цетановое число варьируется в пределах 40-55, оптимальное значение составляет 48-51, а минимальное рекомендованное в соответствии с п. 5.2 ГОСТ 305-2013 для всех марок равно 45. При значении менее 40 горючее считается некачественным. Двигатель в таком случае будет работать нестабильно, что проявится в падении мощности и детонации. Повышенное цетановое число – тоже не норма. При уровне более 60 топливовоздушная смесь просто не успевает сгорать в цилиндрах, что ведет к повышенному расходу и увеличению дымности выхлопов.

В Европе цетановое число должно быть не менее 54-56, а в России стандарты менее строгие, допускают использование топлива с числом 45 (для зимнего ДТ). Метод испытания для определения показателя должен отвечать требованиям ГОСТ 32508-2013.

Как цетановое число определяет степень воспламеняемости

Плотность

Показатель плотности определяет объем топлива в генераторе. При достаточной плотности горючее способствует большему выделению тепловой энергии. Нормативные значения для дизтоплива при 15 °C составляют не более:

• 863,4 кг/м3 – для летнего и межсезонного дизтоплива;
• 843,4 кг/м3 – для зимнего;
• 833,5 кг/м3 – для арктического.

Кинематическая вязкость

Под вязкостью понимают способность топлива противостоять перемещению одного слоя относительно другого. В технических характеристиках обычно указывается кинематическая вязкость. От нее зависит то, насколько результативным будет распыление топлива. Если вязкость превысит установленную норму, то горючее будет распыляться некачественно. В результате повышается риск преждевременного износа и увеличенного истирания деталей.

Значения вязкости при 20 °C для разных видов дизельного топлива по ГОСТ 305-2013:

• 3-6 мм2/с – для летнего и межсезонного;
• 1,8-5 мм2/с – для зимнего;
• 1,5-4 мм2/с – для арктического.

Температура вспышки в закрытом тигле

Безопасность использования дизтоплива определяется температурой вспышки. В соответствии с ГОСТ 305-2013 она ограничивается следующими значениями:

• Для дизелей общего назначения – 40 °C для всех марок дизтоплива.
• Для тепловозных, судовых и газотурбинных двигателей – 62 °C для летнего и межсезонного дизельного топлива, 40 °C – для зимнего, 35 °C – для арктического.

Массовая доля серы

Содержание серы в разных видах нефтепродуктах сегодня строго нормируется. Это связано с усиленной борьбой за экологию. Сера опасна для окружающей среды, а также приводит к образованию коррозии, повышенному нагару и износу внутренних элементов двигателя и топливной системы.

Массовая доля сернистых соединений ограничивается 2000 мг/кг. Но при производстве дизтоплива нужно учитывать, что при слишком низком уровне серы горючее теряет свои смазочные свойства. В таком случае в состав топлива обязательно добавляются специальные смазывающие присадки.

Зольность

При сгорании топлива образуется зола, содержащая минеральные вещества. Попадая в места между трущимися деталями, она вызывает усиленный износ. Особую опасность представляет кварц, приводящий к абразивному износу прецизионных элементов топливного насоса и форсунок. По этой причине уровень зольности тоже ограничивают. Для дизтоплива она составляет не более 0,01%.

Кислотность

По ГОСТ 305-2013 кислотность KOH на 100 см3 составляет не более 5 мг. Это важно, поскольку кислоты приводят к коррозии деталей двигателя и топливной системы. Подобный процесс вызывают минеральные кислоты и щелочи, используемые при производстве дизтоплива. Их нельзя удалить полностью, поэтому количество подобных веществ ограничивают.

Содержание воды

Вода в составе дизельного топлива содержится во взвешенном состоянии и в виде эмульсии. Капельки заполняют поры хлопчатобумажных фильтров, прекращая доступ топлива к насосу. При снижении температуры до уровня ниже 0 °C вода замерзает, и мелкие кусочки льда тоже забивают фильтры и топливопроводы.

В связи с этим максимальное содержание воды по ГОСТ 305-2013 составляет 200 мг/кг. Превышение этого показателя приводит к тому, что вода отслаивается и собирается в нижней части, поскольку имеет более высокую плотность. Из-за образования водяной пробки в магистрали блокируется работа двигателя.

Предельная температура фильтруемости

Предельная температура фильтруемости определяется в соответствии с ГОСТ 22254-92 и ГОСТ EN 116-2013. По ГОСТ 305-2013 показатель составляет:

• не выше -5 °C – для летней марки;
• не выше -15 °C – для межсезонной;
• не выше -25 °C (по ГОСТ 22254-92) и -35 °C (по ГОСТ EN 116-2013) – для зимней;
• не выше -45 °C – для арктической.

Как определяют предельную температуру фильтруемости

Для районов с умеренным климатом установлена классификация дизтоплива на сорта с разной предельной температурой фильтруемости:

• А (+5 °С),
• B (0 °С),
• C (-5 °С),
• D (-10 °С),
• E (-15 °С),
• F (-20 °С).

Таким образом, говорят про дизельное топливо сорта F и что это такое, можно сказать, что это горючее с предельной температурой фильтруемости -20 °C. К летним маркам относятся A, B, C, D, к межсезонным – E и F.

Для районов с холодным климатом горючее разделяется на другие классы, различающиеся температурой помутнения и предельной температурой фильтруемости. К зимним маркам относятся классы 0-3, к арктическим – 4.

Показатель/Класс	0	1	2	3	4
Предельная температура фильтруемости, °C, не выше	-20	-26	-32	-38	-44
Температура помутнения, °C, не выше	-10	-16	-22	-28	-34

Насколько опасно дизельное топливо

Не менее важен вопрос, к какому классу опасности относится дизельное топливо. В соответствии с п. 7.1 ГОСТ 305-2013 дизтопливо – это малоопасная малотоксичная жидкость. По степени влияния на организм человека по ГОСТ 12.1.007 относится к 4-му классу опасности. В Перечне ОНН дизтопливо имеет номер 1202. Транспортировка должна осуществляется в соответствии с правилами перевозки опасных грузов (ДОПОГ).

Сферы и возможности применения дизельного топлива

Основное назначение дизельного топлива – применение в качестве горючего для средне- (500-1000 об./мин.) и малооборотных (ниже 500 об./мин.) двигателей. В зависимости от региона выбирают разные марки дизтоплива, в процессе учитывают температуру, до которой допускается использовать горючее.

Где используется дизельное топливо:

• на железнодорожном транспорте: тепловозах, автомотрисах, дизель-поездах;
• автомобилях: грузовых машинах, сельскохозяйственной и военной технике, автобусах, легковых авто с дизельным двигателем;
• морском и речном судоходном транспорте.

Дополнительно дизтопливо применяют как котельное топливо, горючее для дизельных электрогенераторов, средство для пропитки кожи.

В заключение

Вы познакомились с определением, что такое дизельное топливо, его составом, производством и разновидностями. Такое горючее соответствует новейшим экологическим требованиям, поэтому становится все более распространенным. Объем производства и поставок дизтоплива на внутреннем рынке постепенно растет. Все благодаря новым стандартам экологической безопасности и высоким требованиям, предъявляемым к такому топливу.

Улучшенный состав, экономичный расход и невысокая стоимость – все это характеризует дизтопливо, которое можно применять для любого транспорта: грузового, водного, ж/д, а также в коммунальной и сельскохозяйственной сферах.