柴油调和技术.ppt

柴油调合技术 柴油是用于压燃式发动机的燃料 它由不同的碳氢化合物混合组成 它的主要成分是含10 24个碳原子的链烷 环烷或芳烃 外观为淡黄色液体 通常由直馏柴油 催化裂化柴油 加氢柴油和焦化柴油等组分调合而成 并常加入适量的十六烷值改进剂和降凝剂等添加剂 主要用做转速不低于960r min的压燃式高速柴油发动机的燃料 它的化学和物理特性位于汽油和重油之间 沸点在170 至390 间 比重为0 80 0 86kg l 按凝点可以分为10 0 10 20 35 50 柴油 柴油燃料按标准分为普通柴油和车用柴油 它们主要是在硫含量 十六烷值 润滑性 芳烃含量等指标上有一定区别 主要用作汽车等发动机燃料 做功过程 发火延迟期 急燃期 缓燃期和后燃期 第一节柴油简述 为了保证发动机迅速启动 正常运转并延长使用寿命 对车用柴油的质量主要有以下要求 1 良好的低温流动性燃料应在各种使用温度下具有良好的流动性 以保证发动机燃料的不断供应 工作可靠 为此 柴油应具有适当低的凝点和浊点 在低温下能顺利流动 并雾化良好 2 良好的发火性燃料应具有良好的发火性能 为此 柴油应具有适当高的十六烷值和良好的蒸发性 喷入燃烧室后能迅速着火 燃烧完全而稳定 不产生粗暴现象 且燃烧后不冒黑烟 使柴油机能发出最大的功率 同时耗油量又不至过大 车用柴油应性质安定 在燃烧过程中不应在喷嘴上产生积碳 堵塞喷孔 影响供油 第二节发动机对柴油质量的要求 3 无腐蚀性车用柴油本身及其燃烧后的产物不应腐蚀发动机零件或储运设备 4 清洁性车用柴油应该清洁 不含机械杂质和水分 因为杂质或冰晶会堵塞油路或喷孔 妨碍供油 也会增大精密机械的磨损 5 合适的粘度粘度是反映柴油雾化性的主要指标 粘度过小 柴油从喷嘴喷出时雾化过细 射程小 柴油主要集中在喷油嘴周围 容易造成局部混合气过浓 对燃烧不利 同时 粘度过小还会导致油泵间隙漏油量增大 喷油量减小 油泵磨损曾大 反之 如果粘度过大 柴油雾化不良 燃烧不完全 容易产生积碳 油耗率增加 同时 粘度过大也会因喷油阻力增大而使喷油量减小 6 适当的润滑性要求柴油应该具有一定的润滑性 以保证高压泵的润滑需要 7 安全性车用柴油应具有较高的闪点 以保证储运和使用中的安全 一 柴油的燃烧性能1 十六烷值 可变压缩比单缸试验机 CFR柴油机 柴油燃料的十六烷值对柴油机工作的影响主要是对燃烧过程的影响 十六烷值越高 其自燃点越低 燃料的发火延迟期通常较短 发动机工作越平稳 如果柴油的十六烷值太低 不符合发动机要求 就可引起柴油在发动机气缸中延迟发火 以致燃烧不正常 同时 由于气缸内压力剧烈增长使发动机工作不平稳 而引起过早的磨损 以致毁坏曲轴的轴承 2 十六烷指数十六烷指数CI按下式计算 CI 431 29 1586 88 20 730 97 20 2 12 392 20 3 0 0515 20 4 0 554B 97 803 lgB 2式中 20 用GB1884和GB1885测定试样在20 时的密度 g cm3 B 用GB6536测定试样的中沸点 即50 回收温度 第三节柴油主要性质指标 一般说来 为使柴油发动机工作平稳 都希望使用烷烃较多的柴油 但烷烃含量高的柴油凝点也随之增高 且十六烷值高于65时柴油机会导致排气冒黑烟 燃料消耗量反而增大 这主要有两个原因 一是烷烃热安定性较差 在燃烧初期会分解出大量的炭 碳粒来不及燃烧引起的 二是高十六烷值柴油自燃延迟期太短 发火后喷入的燃料不易遇到新鲜空气 致使裂化分解 产生碳烟 两者都会导致燃烧不完全 污染空气并增大耗油量 所以 柴油的十六烷值不是越高越好 超过实际需要的十六烷值不能改善发动机的性能 在保证最大燃料适应性的情况下 十六烷值应尽可能低 控制在45 55之间就足够了 从而节省柴油资源 二 柴油蒸发性能的指标1 馏程是指以油品在规定条件下蒸馏所得到 从初馏点到终馏点表示蒸发特征的温度范围 50 馏出温度表示柴油中轻馏分的多少 此温度越低 柴油机易于启动 柴油50 馏出温度与启动性的关系 90 及95 馏出温度表示柴油中重馏分的多少 此温度过高 会导致油品燃烧不完全 冒黑烟 甚至稀释润滑油造成发动机磨损 燃料的蒸发性能良好时 一般易于与空气形成可燃混合气 有利于在低温下启动发动机 在喷射时容易形成较细油滴 可以缩短发火延迟期 发动机工作平稳 而且蒸发性能良好的燃料燃烧完全 但是燃料馏分过轻时 在延迟期中蒸发的数量过大 当燃料发火时 几乎所喷射的燃油全部参加燃烧过程 结果会导致压力增长过速 发动机工作粗暴 三 柴油低温流动性1 浊点燃料开始结晶时的最高温度称为浊点 2 冷滤点冷滤点就是在规定实验条件下 试油不能通过细目过滤器时的温度 是石蜡析出的最高温度 内燃机长期使用和大量实验证明 冷滤点能够反映柴油低温下实际使用性能 最接近柴油实际使用温度 3 倾点油品在规定的冷却过程中 能够流动的最低温度 4 凝点油品在规定的冷却过程中 石蜡结晶析出 长大 互相连接成三维网状结构 把油包在其中 使油失去流动性的最高温度 用以表示柴油的牌号 我国柴油按凝点分为 10 0 10 20 35 50 5 粘度粘度是柴油的重要质量指标之一 它对柴油的输送 泵的操作及喷雾状况等都有关系 当油品在温度降低时 粘度增大很快 当粘度增加到一定程度 低温下不易流动 使供油量减少 就会影响发动机的性能 柴油粘度与化学组成有关 一般含烷烃较多的石蜡柴油粘度较小 石蜡 环烷基柴油次之 而环烷 芳香基的粘度则较大 四 使用安全性指标1 闪点直接影响油品运输 储存以及使用安全性的指标 闪点是指在规定条件下 加热油品所逸出的蒸气和空气组成的混合物与火焰接触发生瞬间闪火时的最低温度 以 表示 闪点是控制油品安全使用的主要质量指标 一般规律是 油品蒸气分压越高 馏程越轻 则闪点越低 相反 馏程越重的油品则有较高的闪点 2 自燃点是指油品在没有火焰时 自发着火的温度 油品在高温下与空气接触 油品即可能因剧烈的氧化而产生火焰自行燃烧 自燃点与闪点不同 后者要引火 前者不要引火 因此影响自燃点的因素与闪点是相反的 馏程愈轻则自燃点愈高 烷烃含量愈高 自燃点越低 环烷烃 芳香烃越高 自燃点越高 五 柴油的腐蚀性能指标1 铜片腐蚀柴油燃料产生腐蚀的原因是由于燃料中含有非烃物质 主要是元素硫和硫化物 水溶性酸或碱和有机酸等 各种含硫物质中元素硫 硫化氢和硫醇的腐蚀作用最强 在常温下能直接腐蚀金属 称为活性硫 其他硫化物在常温下不能直接腐蚀金属 称为非活性硫 由于铜对活性含硫物质的腐蚀比较敏感 所以经常使用铜片腐蚀实验检测汽油 煤油及柴油中的活性硫物质 2 硫含量硫含量是直接与环境保护和腐蚀有关的项目 不论是活性或非活性的 在燃烧后都生成SO2和S03 从尾气排放中造成环境污染 而且当汽缸温度不高时 由于燃烧生成物 水蒸气的存在 就会在汽缸内壁上形成一层硫酸薄膜 腐蚀汽缸活塞组及其他机件 当含硫废气进入汽缸壁和曲轴箱时 促使润滑油变质 燃气中的SO2和S03还能促使汽缸中的沉积物的生成 这种沉积物同时兼有腐蚀和机械磨损双重作用 它所引起的磨损比单纯机械磨损要严重得多 所以 在国家标准中 对硫含量的规定越来越严格 3 酸度及其他柴油中的有机酸主要指从原油加工时带来的环烷酸 环烷酸对铅 锌等有色金属腐蚀性较大 生成不溶性的腐蚀产物 这些盐类常粘附在容器及燃料系统的金属表面 部分悬浮于燃料中 使用中将会堵塞滤油器 喷嘴或燃油导管 影响燃油的正常流通 严重时将破坏燃料系统的正常工作 柴油的酸度对发动机的工作状态及寿命也有显著影响 使用高酸度的柴油 不但会增加发动机高压柱塞泵的腐蚀和磨损 而且使喷嘴积碳增多 汽缸中沉积物增多 从而使汽缸活塞组的磨损增大 此外水分和机械杂质对柱塞泵和喷嘴的磨损有影响 高速柴油机燃料应不含有水和机械杂质 灰分是燃料燃烧后残留的金属氧化物 灰分进入积碳中使积碳变得更坚固 更具有磨损性 所以 柴油中灰分含量应越少越好 六 柴油的润滑性指标1 磨痕直径柴油的润滑性是从20世纪90年代提出的 之前的柴油在生产过程中精制程度低 极性物质含量较高 加之柴油的粘度较大 其润滑性能够满足高压泵润滑需要 因此未对柴油润滑性作特别要求 20世纪90年代以后 由于环保法规日益严格 规定柴油硫含量越来越低 柴油生产普遍采用加氢精制工艺 但是由于加氢精制脱除了大部分极性物质 柴油的润滑性明显下降 导致喷射泵的磨损问题 使发动机发生不稳定空转 功率和加速性能下降 在欧洲 柴油出厂时 要求磨痕直径控制在400 m左右不会发生磨损问题 我国车用柴油国家标准规定 要求磨痕直径控制在460 m左右不会发生磨损问题 七 储存安定性指标柴油的储存安定性良好与否 主要取决于燃料的化学组成 储存温度 环境因素和水含量等因素 1 色度通常在测定条件下 把油品颜色最接近于某一标准色板的颜色时所测得的结果称为色度 所以石油产品颜色又称色度 石油产品的颜色与原油性质 加工工艺 精制深度等因素有关 一般认为 油品颜色变深是质量变坏的先兆 2 氧化安定性 直馏 催化裂化 热化裂 国家标准里用总不溶物表示 安定性好的柴油 在储存和运输过程中能较好地保持其颜色不变深 实际胶质变化不大 基本不生成沉淀 适于较长时期的储存 氧化安定性不好 生成的沉渣会堵塞过滤器 在燃烧室形成大量积碳 使喷射系统形成漆膜并使活塞粘结加大磨损 性质不安定的柴油 在长期储存过程中 不仅生成过多的胶质 还会产生不溶性沉淀或沉渣 如果加入邮箱 也会产生上述问题 表1 3柴油性质对压燃式发动机性能的影响 一 按用途分类1 轻柴油 普通柴油 车用柴油 所谓轻柴油 通常是指200 350 的石油馏分 主要是以直馏柴油和经过精制的二次加工柴油馏分调合而成 适用于转速高于1000r min的高速压燃式柴油机的燃料 2 重柴油所谓重柴油 通常指中 低速柴油机的专用燃料 由馏程较高的重质馏分 如常三线 常四线油 精制而得 由于凝点较高 粘度较大 在使用时需用蒸汽或柴油机排出的废热进行预热 按凝点分为10 20 30三牌号 现在已经废止 3 军用柴油我国的军用柴油主要用于坦克 装甲车 汽车和潜艇等高速柴油机做燃料 是采用通过国家规定程序鉴定的原料及工艺生产的产品 十六烷值要求55 60 其他各方面的质量要求都比较高 第四节柴油的种类及标准 二 按质量分类1 清洁柴油泛指在发动机中燃烧后有害物质排放较少的柴油 它是在地球环境污染日趋严重的大背景下提出的一个概念 特性如下 1 多环芳烃进一步降低 不大于11 2 尽可能提高十六烷值 不低于51 3 尽可能低的硫含量 不大于0 035 4 限制密度范围 终馏点较低并且添加柴油清净剂 这样的要求 类似于 世界燃油规范 类标准 2 新配方柴油 新配方柴油 与传统柴油的不同之处是在组成成分上有了明确的规定 主要规格指标为 表1 4普通柴油技术要求 续表 GB19147 2009车用柴油技术要求和试验方法 27 我国柴油质量与世界燃油规范之对比 我国普通及车用柴油硫含量 2000ppm 13年6月30日前 350ppm 13年7月1日后 世界通用燃油规范硫含量 I级 3000ppmII级 300ppmIII级 30ppmIV级 0 28 我国柴油芳烃含量与世界燃油规范之对比 我国普通柴油 无芳烃含量指标要求世界燃油规范 总芳烃含量 II级 25 III IV级 15 二芳烃 三芳烃 含量 II级 5 III IV级 2 29 我国柴油润滑性与世界燃油规范之对比 我国普通柴油 至今无润滑性要求2003年开始车用柴油 磨痕直径 460um世界燃油规范 磨痕直径 I IV级 400um 30 我国柴油十六烷值及其指数与世界燃油规范之对比 我国普通柴油 45 43 车用柴油 5 0 10 49 46 20 46 46 35 50 45 43 世界通用燃油规范 I级 48 45 II级 53 50 III IV级 55 52 31 我国柴油清净性能与世界燃油规范之对比 我国柴油对清净性无任何要求 世界燃油规范 空气流量损失 I级 无要求II IV级 85 32 我国柴油质量与世界燃油规范之对比 续 其它区别 颗粒物 我国无指标WWFC 10ppm碳沉积物 我国无指标WWFC 0 2 0 3 33 我国柴油质量较低所带来的后果 柴油轿车少之又少柴油卡车被限制进城 34 国内外汽柴油标准之发展趋势 随着世界各国对柴油车尾气排放要求的逐年严格 对柴油质量的要求也愈来愈高 其标准变化趋势主要体现在 降低硫含量 柴油硫含量高 不仅产生SO2 SO3排放 还会促进颗粒物生成 并影响尾气后处理效果 因此各国柴油标准对硫含量限制越来越严格 限制芳烃含量 芳香烃不易燃烧完全 容易增加颗粒物和多环芳烃排放 因此进行限制 提高十六烷值 适当提高柴油十六烷值可以改善柴油机的冷启动性能 提高发动机功率 降低燃料消耗率 清净性能要不断提高 要求使用柴油清净剂 清净剂可以防止喷油嘴堵塞 减少燃烧室积碳 改善发动机燃烧条件 减少污染物排放 柴油的使用 1 柴油的正确选用柴油牌号的选用主要根据使用地区的气温情况确定 以在最低气温下柴油能正常流动 保证发动机正常供油为原则 由于冷滤点与柴油实际使用极限温度有呈直线的对应关系 故柴油可在冷滤点以上的气温下使用 2 柴油机启动燃料在寒区的使用柴油机在寒区低温下启动困难 分析原因主要为 1 由于进气温度低 热散失很快 压缩行程终了时 气缸内温度和压力过低 达不到燃料的自燃发火温度 一般要求4