Cetánszám. α-metil-naftalin (C 11 H 10 ) cetán (C 16 H 34 )

Átírás

1 Cetánszám, cetánindex A gázolajok gyulladási készségét jellemző tulajdonság. A cetánszámot speciális vizsgáló-motorban határozzák meg amely során a vizsgált gázolaj gyulladási hajlamát összehasonlítják cetánból (cetánszáma=100) és α-metilnaftalinból (cetánszáma=0) álló szénhidrogén elegy gyulladási hajlamával. Azonos gyulladási hajlam esetén az összehasonlító elegy térfogatszázalékban mért cetán tartalma adja meg a vizsgált gázolaj cetánszámát. α-metil-naftalin (C 11 H 10 ) cetán (C 16 H 34 ) Cetánszám 8-1

2 A cetán-számot szabványos egyhengeres vizsgálómotoron (pl. CFR, BASF), állandó gyulladási késedelemmel és változtatott sűrítési nyomással (de nem sűrítési viszonnyal!) határozzák meg. A vizsgálómotor főbb adatai: egyhengeres, örvénykamrás dízelmotor, párologtató hűtéssel. Furata 95 mm, lökete 120 mm, lökettérfogata 850 cm 3. A sűrítési arány állandó, ε = 18,5. A tüzelőanyag-ellátás két, választható kalibrált mérőedény valamelyikéből történik, az adagolószivattyú szállítási mennyisége pontosan beállítható. A befecskendezés kezdetét a porlasztótű mozgását érzékelő induktív útadó, az égés kezdetét a hengerfejben lévő induktív adó jelzi, a két adó jele közti időtartam a gyulladási késedelem. A szívócsőben Venturi-csöves áramlásmérő van, melynek legszűkebb keresztmetszetéhez depressziómérő csatlakozik. Az áramlásmérő után állítható pillangószelep van, amivel a beszívott levegő mennyisége és így a hengernyomás változtatható. Kisebb hengernyomás nagyobb gyulladási késedelmet okoz. A cetánszám mérése 8-2

3 A mérési folyamat a következő: 1. A fordulatszámot /min-re, a tüzelőanyag-áramot 20 cm 3 /150 s ± 5 %-ra állítják be. A befecskendezés kezdetét FHP előtti 20 -ra állítják, a levegőáram vezérlő pillangószeleppel 20 -os gyulladási késedelmet állítanak be. 2. A depressziómérő állását leolvassák. p 3. Ugyanezt a mérést két különböző cetán/α-metil-naftalin keverékkel is elvégzik. Ezeket a keverékeket úgy választják meg, hogy közrefogják a vizsgálandó keveréket és egymástól 5 cetánszámértékkel kisebbel térjenek el. 4. A cetánszám-depresszió diagramból interpolálással határozható meg a gázolaj cetánszáma. A cetánszám mérése II. 8-3

4 CI Mivel a cetánszám meghatározása bonyolult és időigényes vizsgálat, bevezették a cetánindex fogalmát. A cetánindex a gázolaj egyéb tulajdonságaiból sűrűség, desztillációs tulajdonságok számítással meghatározott, a gyulladási hajlamra jellemző mérőszám. = ρ a képletben ρ a gázolaj sűrűsége 15 C-on, t a gázolaj középforrpontja (50 % elpárolgásához tartozó hőmérséklet) A cetánindex értéke cetánszámnövelő adalék hatására nem változik, ezért az adalék motorikus előnyét a cetánindex nem mutatja ki. ( ) , ,416 ρ + 744, t + 97,803 lgt A cetánindex 8-4

5 A cetánszám befolyásolja a motor indíthatóságát a motorjárás keménységét az égési csúcsnyomást a tüzelőanyagfogyasztást a füstgázhőmérsékletet a lerakódásokat a motor füstölését dp/dα A cetánszám hatása a motor üzemére 8-5

6 A sűrűség az anyag tömegének és térfogatának hányadosa. A kőolajtermékek sűrűsége a hőmérséklettől jelentősen függ, ezért nagyon fontos a meghatározás hőmérséklete óta 15 C-on kell a kőolajiparban a sűrűséget meghatározni. A dízelmotorok adagolószivattyúja adott térfogatot fecskendez be, ezért ha nagyobb a hajtóanyag sűrűsége, nagyobb a bevitt energia és ezáltal a motor teljesítménye. A sűrűség növelésével azonban romlik a porlasztás minősége, nő a gépjármű emissziója, és kedvezőtlenül változnak a gázolajok egyéb alkalmazástechnikai tulajdonságai is, mint például a hidegfelhasználási jellemzők. Sűrűség 8-6

7 A zavarosodáspont az a hőmérséklet, amelynél a gázolajat a vizsgálati eljárás körülményei között lehűtve megkezdődik a paraffinok kiválása. A gázolaj zavarosodása nagyobb hideg esetén természetes jelenség, közvetlen üzemzavart nem okoz. A CFPP (Cold Filter Plugging Point) az a legalacsonyabb hőmérséklet ahol a gázolaj a teszt körülményei között a vizsgálati szűrőn átszűrhető. A CFPP érték jobban megközelíti a gázolajok hidegben történő felhasználásának határát. A téli gázolajok előállításánál a hidegfelhasználási tulajdonságok javítására használnak folyásjavító adalékokat. Ezek hatásmechanizmusa abban áll, hogy a keletkező paraffin kristályok növekedését gátolják. Egyes társaságok használnak ún. paraffindiszpergátor adalékokat is, ezek feladata a korlátozott méretű paraffin kristályok kiülepedésének megakadályozása. Hidegfelhasználási tulajdonságok: zavarosodáspont, CFPP 8-7

8 A kőolajtermékek természetes alkotóeleme a kén. A gázolaj kéntartalmának csökkentését elsősorban a gépjárművek emissziójának csökkentése indokolja, kén-oxidok jelentősen terhelik a környezete (savas esők), de fontos korlátozásuk amiatt is, mert a katalizátoroknak ártanak ezek a vegyületek. A kéntartalom csökkentésével a gázolajok kenőképessége jelentősen csökken, a megfelelő kenőképességről adalékolással kell gondoskodni. Magyarországon: 1986-ig 1% (10000 ppm) 1986-tól 0,5 % (5000 ppm) 1997-től 0,05 % (500 pm) 2000-től 0,035 % (350 ppm) EU-országokbanban 2005-től 0,005 % (50 ppm) Kénmentesnek a 0,001 % (10 ppm) alatti kéntartalmat nevezik Kéntartalom 8-8

9 Motorhajtóanyagok kéntartalmának határértékei 8-9

10 A gázolajok aromástartalmának, különösen a policiklikus aromások mennyiségének csökkenésével jelentősen csökken a dízelgépjárművek részecske kibocsátása és ezen belül az erősen rákkeltő hatású policiklikus aromások mennyisége. Az EU előírások maximálják a gázolajok többgyűrűs aromás szénhidrogéntartalmát, ennek bevezetése a jövőben Magyarországon is várható. Aromástartalom 8-10

11 A gázolajok a forgalmazás és a felhasználás során érintkeznek a szállító eszközök és a gépjárművek szerkezeti anyagaival, ezért megfelelő korróziógátló hatás szükséges. A tiszta szénhidrogének nem korrozívak azonban a gázolajban előforduló aktív kenet tartalmazó és savas jellegű (pl. nafténsavak) vegyületek különösen a rézzel szemben okozhatnak korróziót. A kémiai reakcióban keletkező vegyületek az üzemanyag ellátó rendszerben jelentős kopásokat okozhatnak. A gázolajok korróziós tulajdonságainak javítására korróziós inhibitorokat alkalmaznak. Korróziós tulajdonságok 8-11

12 A dízel gázolajok megfelelő kenési tulajdonságainak fontos jelentősége van a motorok befecskendező szivattyúinak kenésében. A kenési funkciókat a gázolajban lévő természetes anyagok látják el, mint pl. a poláris felületaktív anyagok, heteroatomot tartalmazó vegyületek (kén, nitrogén, oxigén) és heterociklusos aromások. Az utóbbi időben bekövetkezett minőségi változások, különösen a kéntartalom csökkentése nagymértékben rontották a gázolajok kenési tulajdonságait és ez a tendencia a további kéntartalom csökkentéssel még inkább fokozódik. A mai korszerű dízel hajtóanyagok megfelelő kenési tulajdonságait csak korszerű kenőképesség-javító adalékok használatával lehet elérni. Kenési tulajdonságok 8-12

13 Gázolajok minősítésénél a kenőképességet a viszkozitással illetve a kopási tulajdonságokkal jellemzik. A viszkozitás jelentősége a gázolajok esetében a porlaszthatóságban és a keverékképzésben van. A gázolajok kenőképességét laboratóriumi HFRR (High Frequency Reciprocating Rig) SRV vagy SLBOCLE (Scuffling Load Ball on Cylinder Lubricity Evaluator) módszerrel lehet meghatározni. Az EU-ban és Magyarországon a HFRR módszer (ISO ) az előírás, a megengedett kopásérték 460 µm. Viszkozitás, kenőképesség 8-13

14 200 g O6 terhelés 200 g, frekvencia 50 Hz időtartam 75 perc hőmérséklet 60 C a tartály felülete 6 cm 2 a vizsgált mennyiség 2 ml max. Φ460 µm HFFR kenőképesség-vizsgálat 8-14

15 terhelés 50 N/perc frekvencia 50 Hz hőmérséklet 110 C löket 1 mm kenés 1 csepp/perc jellegzetes vizsgálati időtartam 20 perc határérték: min. 750 N SRV kenőképesség-vizsgálat 8-15

16 terhelés g fordulatszám 535/perc hőmérséklet 25 C olajminta 50 ml terhelésnövelés percenként súrlódásnövekedés kezdete min g BOCLE kenőképesség-vizsgálat 8-16

17 A gázolaj különböző szénhidrogének elegye. Ezért nem jellemezhető egyetlen forrásponttal, hanem forráspont tartománnyal vagy forráspont görbével. A gázolajok desztillációs tulajdonságait szabványos un. ASTM desztillációval határozzák meg az átdesztillált térfogat hányadokhoz tartozó hőmérsékletek megadásával. A gázolajok forráspont görbéjének tartománya és lefutása alapvetően befolyásolja az egyéb jellemzőket, mint pl. a sűrűség, viszkozitás, hidegviselkedési tulajdonságok, lobbanáspont. A gázolajok kezdő forrpontja szorosan összefügg a lobbanásponttal, ami elsősorban a tárolás szempontjából nagyon fontos biztonságtechnikai előírás. Desztillációs tulajdonságok 8-17

18 A gázolajokban lévő reakcióképes vegyületek tárolás során oxidálódhatnak és polimerizálódhatnak aminek során oldhatatlan gyantaszerű vegyületek keletkezhetnek. Ezek jelentős mértékben hozzájárulhatnak üledékek kialakulásához, a szűrők eltömődéséhez és az égéstérbe kerülve kokszszerű lerakódások keletkezhetnek belőlük. A lerakódások csökkentik a motor teljesítményét és növelik az emissziót. A gázolajok oxidációs stabilitásának növelésére adalékokat alkalmaznak, amelyek növelik a termék tárolási stabilitását és megakadályozzák a tüzelóanyag-ellátó rendszer műanyag alkatrészeinek roncsolódását. Gázolajok stabilitása 8-18

19 MSZ 1627 MSZ EN 590 Sűrűség 15 C-on, kg/mm kipufogógáz, teljesítmény, fogyasztás Cetánszám, legalább - 51 Cetánindex, legalább Desztillációs jellemzők: Átdesztillált mennyiség, % (v/v) 250 C-ig, legfeljebb v/v % indítási és égési tulajdonságok, károsanyag- és zajkibocsátás kipufogógáz, lerakódások 350 C-ig, legalább %-os pont, legfeljebb C 360 Kinematikai viszkozitás, mm 2 /s 20 C-on 3,0-8,0 40 -on 2,0-4,5 párolgás, porlasztás, kenés Hidegszűrhetőségi határhőmérséklet (CFFP)*, legfeljebb Conradson-szám 10 (v/v) %-os lepárlási maradékból, legfeljebb C m/m % 0,1 nyáron +5 nyáron +5 télen -15 télen -20 hidegüzem Lobbanáspont (PM), legalább C biztonság Kéntartalom, legfeljebb mg/kg Korróziós hatás rézlemezen, korróziós fokozat, legfeljebb Víztartalom, legfeljebb mg/kg nyomokban 200 korrózió lerakódások az égéstérben korrózió, részecskekibocsátás, katalizátor Oxidhamu, legfeljebb m/m % 0,01 0,01 lerakódások az égéstérben Aromásanyag tartalom m/m % nincs előírás 0,3 Károsanyag-kibocsátás HFFR µm 460 1b 1b Gázolaj szabvány 8-19