OLEJ NAPĘDOWY

FIZYKOCHEMIA ROPY I PRODUKTÓW NAFTOWYCH

Jolanta R. Grzechowiak

WŁAŚCIWOŚCI

FIZYKOCHEMICZNE

WŁAŚCIWOŚCI

PN-EN 590 (październik 2009)

 Gęstość w temperaturze 15 °C

820 – 845 kg/m

3

 Liczba cetanowa

min. 51

 Lepkość kinematyczna w temperaturze 40 °C

2,00 – 4,50 mm

2

/s

 Skład frakcyjny

do temp. 250

o

C < 65 (V/V)

do temp. 350

0

C min. 85

(V/V)

95 % (v/V) destyluje do 360

0

C

 Parametry niskotemperaturowe:

• temperatura zablokowania zimnego filtru, CFPP

okres letni: 16.04 – 30.09:

max 0

0

C (gat. B)

okres przejściowy: 1.03 – 15.04, 1.10 – 15.11

max -10

0

C (gat. B)

okres zimowy: 16.11- końca lutego

max -20

0

C (gat. F)

 Zawartość siarki

max 10 mg/kg

WŁAŚCIWOŚCI

FIZYKOCHEMICZNE

WŁAŚCIWOŚCI

PN-EN 590 (październik 2009)

 Zawartość wody

max 200 mg/kg

Działanie korodujące na miedź (3 h, 50

0

C)

klasa 1

 Odporność na utlenianie

max 25 g/m

3

; min 20 h

 Temperatura zapłonu

powyżej 55

0

C

 Pozostałość po spopieleniu

max 0,01 (m/m)

 Zawartość zanieczyszczeń

max 24 mg/kg

 Smarność, skorygowana średnica śladu zużycia, 60 0C

max 460 m

 Zawartość WWA

max 11 (m/m)

 FAME

max 7 (V/V)

SKŁAD FRAKCYJNY

Praca silnika (rozruch, przebieg spalania oleju w silniku, powstanie

nagarów w wyniku niecałkowitego spalania, a w konsekwencji

zwiększenie zużycia paliwa.

•

Zawartość frakcji do 250°C

- kryterium właściwości rozruchowych

silnika. Norma określa tę wartość na poziomie 65% objętościowo, co

jest rozsądnym kompromisem między wystarczającą lotnością paliwa

a zadawalającą liczbą

cetanową.

•

Zawartość frakcji destylującej do 350°C i 360°C

- ograniczenie

stosowania ciężkich komponentów. Zwiększenie udziału frakcji wyżej

wrzących wpływa ujemnie na tworzenie jednorodnej mieszanki

paliwowe (niecałkowite spalanie, powstawanie nagarów na dyszach

wtryskiwaczy paliwa, zwiększenie emisji cząstek stałych i

węglowodorów)

GĘSTOŚĆ/LEPKOŚĆ

GĘSTOŚĆ W TEMPERATURZE 15°C

Ilość paliwa podawanego do komory spalania jest sterowana

objętościowo lub czasowo (we wtryskiwaczach sterowanych

elektroniczne).

Zmniejszenie gęstości paliwa (i lepkości) powoduje zmniejszenie mocy

silnika, wzrost jednostkowego zużycia paliwa.

LEPKOŚĆ KINEMATYCZNA W TEMPERATURZE 40°C

Przy zbyt dużej lepkości tworzą się duże krople paliwa, co powoduje

wolniejsze i niecałkowite spalanie.

Przy zbyt małej lepkości tworzą się małe kropelki paliwa, szybko

odparowujące zaraz po opuszczeniu wtryskiwaczy; miejscowe

zróżnicowanie stężenia paliwa w komorze spalań (niecałkowite

spalanie). Zbyt niska lepkość paliwa powoduje utratę własności

smarnych i problemy z zacieraniem pomp wtryskowych.

WYMAGANIA KLIMATYCZNE

Lepkość w 40

o

C, mm

2

/s

Klimat umiarkowany

min

2,00

max.

4,50

Klimat arktyczny

klasa

klasa

0

klasa

1

klasa

2

klasa

3

klasa 4

min

1,50

1,40

1,20

mas

4,00

WYMAGANIA KLIMATYCZNE

Klimat umiarkowany

Gęstość w 15

o

C, kg/m

3

min

820

max

845

Klimat arktyczny

klasy

klasa

0

klasa

1

klasa

2

klasa

3

klasa 4

min

800

max

845

840

PARAMETRY

NISKOTEMPERATUROWE

Decydują o zachowaniu się oleju napędowego w niskich

temperaturach. Olej napędowy ma tym lepsze właściwości

niskotemperaturowe

im mniej zawiera węglowodorów parafinowych, które w niskiej

temperaturze mogą doprowadzić do zablokowania filtru paliwa.

Temperatura zablokowania zimnego filtra (CFPP)

określa zachowanie

się paliwa w warunkach niskich temperatur otoczenia.

CFPP jest najwyższą temperaturą, przy której kryształy parafin zatykają

filtr paliwa i blokują jego przepływ. Oznaczenie polega na

przepuszczaniu ON przez

znormalizowany filtr i systematycznym obniżaniu temperatury (norma

określa, jak gęsty powinien być filtr). Wraz z obniżeniem temperatury

wytrąca się coraz więcej parafin, aż do całkowitego zablokowania

przepływu paliwa.

WŁAŚCIWOŚCI

NISKOTEMPERATUROWE

Klimat umiarkowany

gatunki

Jednostka

B

C

D

E

F

CFPP

o

C

0

-5

-10

-15

-20

Temp.

mętnieni

a

o

C

-10

Klimat arktyczny

klasy

CFPP

o

C

-20

-26

-32

-38

-44

Temp.

mętnieni

a

o

C

-10

-16

-22

-28

-34

WYMAGANIA

EMISJA

PM

(P

art

icu

la

te

M

att

er)

[g

/k

Wh

]

Euro 3

(2001)

Euro 2

(1996)

Euro 4

(2006)

Euro 5 (2009)

2012

NO

x

[g/kWh]

Euro 6
(2012?)

NO

x

, g/kWh

PM

, g

/kWh

LC - EMISJA

LC

Emisja CO, g/km

LC - EMISJA

LC

Emisja węglowodorów, g/km

LC - EMISJA

LC

Emisja cząstek stałych, g/km

CZĄSTKI STAŁE (PM)

Ilość, wielkość,

związki

Cząsteczki
sadzy
10- 80 m

Węglowodory
Zaadsorbowane
na powierzchni
sadzy

Węglowodory
(ciecz, gaz)

Siarczany i
adhezyjnie
związana woda

Produkty niecałkowitego spalania oleju napędowego i oleju silnikowego

Sadza: 10- 80 m

10-80 nm

PALIWA ALTERNATYWNE

ZMNIEJSZENIE EMISJI CO

2

Paliwo

Emisja CO

2

Olej

1

Gaz naturalny

0,70-0,80

Etanol

0,30-0,65

Estry

0,16*-0,84**

* 100 % paliwa estrowego,

**30% dodatek do oleju mineralnego

ZAWARTOŚĆ WODY

 korozja elementów wtryskiwaczy

 zwiększenie zużycia rozpylaczy w wyniku korozji elektrochemicznej

 pogorszenie zdolności ON do rozpylania

 nasiąkanie materiałów porowatych filtrów paliwa i zmniejszenie ich

trwałości;

 rozwój mikroorganizmów na granicy faz woda-paliwo.

W okresie letnim woda rozproszona w paliwie w postaci emulsji nie

stanowi poważnego niebezpieczeństwa dla pracy silnika.

Stosowanie zawodnionego paliwa zimą może doprowadzić do

zablokowania

filtrów, a w konsekwencji zamknięcia przepływu paliwa do komory

spalania.

TEMPERATURA ZAPŁONU

Parametr ten nie ma bezpośredniego wpływu na pracę silnika

Podaje się jej wartość ze względu na bezpieczeństwo pożarowe

w trakcie dystrybucji i użytkowania oleju napędowego.”

SIARKA

1975 r – 0,5 %mas

1987 r – 0,3 %mas

1989 r – 0,15-0,20 %mas.

1990 r – max 0,1 %mas.

1996 r – 0,05 %mas

City diesel (Szwecja) – 0,001%mas.

Dieselgreen BP – 0,0005 %mas

PN-EN 590 październik 2009 – 10 ppm

SCHEMAT TECHNOLOGII

ROPA

NAFTOWA

HON

HOG

HOWK

DRW

Komponowanie

ON

Komponowanie olejów

opałowych

Komponowanie olejów

opałowych

EKOTERM

Ciężki olej opałowy

ORLENOIL

ORLEN

Asfalt

ORLENOIL

Destylacja

zlewek

FKK

Ekodiesel

ON City

Oleje smarowe

Gacz parafinowy

Paliwo na EC

Asfalty

Lepiki

HR

HR

HR

SKŁAD GRUPOWY

LC = 0,85 P + 0,1N – 0,2A

P - zaw. węglowodorów parafinowych; N – zaw. węglowodorów naftenowych,
A - zaw. Węglowodorów aromatycznych

Inne procesy pozyskiwania frakcji olejów napędowych nie uwzględnione w
schemacie technologicznym:

KOMPONENTY OLEJÓW

NAPĘDOWYCH

nafta,

lekki olej napędowy (LON),

średni olej napędowy (SON),

ciężki olej napędowy (CON),

hydrorafinowany olej napędowy (HON) – destylat poddany procesowi

hydrorafinacji (HR)

olej napędowy z hydrokrakingu (HCON) (na schemacie HOWK)

olej napędowy z krakingu katalitycznego (LCO),

Frakcje z destylacji, różniące się
temperaturowym zakresem wrzenia

WŁAŚCIWOŚCI KOMPONENTÓ ON

Właściwości

Nafta

LON

SON

CON

HON

Gęstość w 15°C,

g/cm

3

0,8

0,83

0,85

0,87

0,85

Lepkość w 40°C,

mm

2

/s

1,2

2

3

7

3,5

Zawartość siarki,

%mas.

0,1

0,4

0,7

1,2

0,005-

0,05

Temp. mętnienia,°C

-50

-30

-12

+12

(+12) - (-

10)

IC

43

48

54

60

54

WŁAŚCIWOŚCI KOMPONENTÓ ON

Właściwości

HCON

LCO

Gęstość w 15°C,

g/cm

3

0,85

0,88 – 0,99

Lepkość w 40°C,

mm

2

/s

4

3,5

Zawartość siarki,

%mas.

0

0,1-0,3

Temp. mętnienia,°C

-10

(-10) - (+ 6)

IC

53

30

DODATKI

detergent

– przeciwdziała gromadzeniu się osadów w szczególnie

wrażliwych na zabrudzenie wtryskiwaczach;

dodatki smarnościowe

- Zmniejszenie zawartości siarki i węglowodorów

aromatycznych w paliwie pogarsza jego smarność, co w rezultacie może

doprowadzić do zatarcia pomp wtryskiwaczy;

depresatory

obniżają temperaturę krzepnięcia poprzez uniemożliwienie

agregacji cząsteczek parafin;

antyutleniacze, stabilizatory

– zapobiegają starzeniu się oleju

napędowego spowodowanego chemiczną degradacją paliwa;

deemulgatory

– zapobiegają tworzeniu się emulsji z wodą;

inhibitory korozji

– zabezpieczają części silnika przed korozją, której

produkty mogą blokować np. filtry paliwa.

EKSPLOATACJA PALIW

ZAWIERAJĄCYCH FAME

bocydy

Zapobieganie rozwojowi mikroorganizmów

– chroni czyste paliwo

przed jego skażeniem w razie kontaktu ze skażoną wodą

Likwidacja skażenia mikrobiologicznego

– duże stężenie

mikroorganizmów w wodzie i w zemulgowanej warstwie paliwa

Skuteczność biocydu maleje wraz ze zwiększeniem zawartości estru

FAME

5 % (V/V) - 50 mg biocydu/kg paliwa
20 % (V/V) – 200 mg biocydu/kg paliwa

EKSPLOATACJA PALIW

ZAWIERAJĄCYCH FAME

SKAŻENIE MIKROBIOLOGICZNE

1. powstawanie biomasy (nie właściwe działanie mierników paliwa i pomp

wtryskowych, zablokowanie filtrów, zanieczyszczenie układu paliwowego

powstawanie trwałych emulsji paliwowo-wodnych

2. mikroorganizmy oraz produkty ich przemiany mogą katalizować procesy

starzenia paliwa

3. produkty przemiany powodują powstawanie trwałych emulsji paliwowo-

wodnych

Największy wzrost mikroorganizmów na granicy faz woda – paliwo

W procesie magazynowania woda na dnie zbiorników stanowi środowisko

życia mikroorganizmów, a paliwo i dodatki stanowią pożywkę; pojawia się

problem zanieczyszczenia mikrobiologicznego polega na odkładaniu się

osadów na dnie zbiornika. Uniesienie warstwy wodnej skutkuje skażeniem

paliwa

EKSPLOATACJA PALIW

ZAWIERAJĄCYCH FAME

Zarówno norma EN 14214 jak i EN 590:2009 nie określają wymagań

dla kompatybilności oleju z elastomerami (węże uszczelki

elastomerowe)

FAME ma większe powinowactwo do elastomerów aniżeli olej

mineralny; pęcznienie, zmiana właściwości mechanicznych