OLEJE NAPĘDOWE

1. UWAGI OGÓLNE

Oleje napędowe są paliwami ciekłymi, przeznaczonymi do silników wysokoprężnych z zapłonem samoczynnym(Diesla).

Oleje napędowe zwane paliwami dieslowymi są spalane w innego rodzaju silnikach niż paliwa benzynowe.

Wynalazcą takiego silnika był Rudolpch Diesel 1893r. Celem jego pracy miał być silnik, do spalania taniej, niskiej jakości benzyny lub pyłu węglowego. W celu wykorzystania zjawiska samozapłonu paliwa przy wyższych ciśnieniu i temperaturze, w cylindrze sprężał powietrze, do którego wstrzykiwał paliwo.

1. CHARAKTERYSTYKA OLEJÓW NAPĘDOWYCH

Oleje napędowe są skomplikowanymi mieszaninami węglowodorów liczbie atomów węgla w cząsteczce C₁₁-C₂₅ i zakresie temperatury wrzenia 120-360˚C. Skład węglowodorowy zależy w pierwszym rzędzie od charakterystyki ropy naftowej, z której zostały otrzymane, i od rodzajów procesów, którym były poddawane w rafinerii. Głównymi komponentami paliw dieslowych są destylaty atmosferyczne z ropy naftowej , z której zostały otrzymane, ale udział frakcji z przeróbki wtórnej też jest znaczący.

Podstawowe wymagania stawiane tym paliwom są następujące;

• Po wstrzyknięciu do cylindra porcji paliwa powinien nastąpić jego zapłon z opóźnieniem trwającym kolka ms.

• Spalanie powinno przebiegać czysto, cicho i ekonomicznie

• Paliwo powinno być odpowiednie do systemu wtrysku stosowanego w samochodzie

• Spaliny nie mogą mieć wpływu niszczącego na żadne elemęty układu i otoczenie

• Zasilanie paliwem powinno być łatwe i bezpieczne

• Paliwo nie powinno ulegać degradacji podczas normalnego użytkowania

• Nie powinno wywierać niszczącego wpływu no powietrze, z którymi się styka

• Nie może zawierać zanieczyszczeń wytrąconych wosków

2. WŁAŚCIWOŚCI

Właściwości paliw dieslowych różnią się znacząco od właściwości paliw benzynowych.

Do najważniejszych należą:

• LICZBA CETANOWA(LC) jest miarą zdolności paliwa do samozapłonu sprężonej mieszanko paliwowo-powietrznej

INDEKS CETANOWY (IC)-oblicza się go na podstawie gęstości paliwa i przebiegu destylacji , nie zastępuje liczby cetanowej oznaczonej na silniku badawczym, ale stanowi pomocniczy parametr opisujący właściwości paliwa.

Wskaźnik ten podaje podobnie jak LC charakteryzuje właściwości samozapłonu paliwa.

LICZBY CETANOWEWĘGLOWODORÓW

węglowodór	LC	Temperatura wrzenia	węglowodór	LC	Temperatura wrzenia
Oktan	64	125	tetradecen-1	83
dekan	77	174	heksadecen-1	84	274
dodekan	88	216	oktadecen-1	90
tetradekan	96	254	dekalina	42	186
heksadekan(cetan)	100	287	dicykloheksyl	47	239
Oktadekan	103	318	1-fenylopentan	8
okt-1-en	40		1-fenyloheksan	26
dec-1-en	60	171	1-fenylononen	50
dodec-1-en	71	213	1-metylonaftalen	0	246

• ZAWARTOŚĆ SIARKI oleje napędowe zawierają spore ilości siarki, co stanowi problem ekologiczny. Siarka uniemożliwia stosowanie w silnikach Diesla katalizatorów oraz bardziej wyrafinowanych metod poprawiania emisji spalin.

Większa jej zawartość w paliwie powoduje:

- emisję SO₂ do atmosfery (źródło kwaśnych deszczy)

- zatruwanie katalizatorów oczyszczania spalin

- korozję elementów silnika

- zanieczyszczanie oleju smarowego

Z kolei zmniejszenie zawartości siarki powoduje zmniejszenie jego własności smarnych. Zawartość siarki w paliwach dieslowych jest systematycznie ograniczana, a obecne zgodnie z dyrektywą Parlamentu Europejskiego 2003/17/EC 23.03.2003r. od stycznie 2005 na rynku krajów UE wprowadza się paliwo o zawartości nie większej niż 10 mg/kg dla paliwa.

Właściwości	Zakres
		minimum	maksimum
liczba cetanowa	51
zawartość siarki, mg/kg	-	10
gęstość w temp. 15˚C,kg/m^3	-	845
zawartość WWA, %m/m	-	11
destylacja; 95% V/V destyluje do temperatury, ˚C	-	360

• GĘSTOŚĆ stanowi istotny parametr jakościowy paliw dieslowych i powinna być utrzymywana na niezmienionym poziomie , gdyż wtryskiwacze pracują w systemie objętościowym, dlatego zmiana gęstości powoduje wahania wydatku mocy. Gęstość oleju przede wszystkim ma wpływ na jakość rozpylenia mieszanki paliwo-powietrznej i w konsekwencji na jakość spalania.

Do pozostałych właściwości olejów napędowych należą m. in:

• CIEPŁO SPALANIA

• LEPKOŚĆ

• TEMPERATURA ZAPŁONU

• CHARAKTERYSTYKA NISKOTEMPERATUROWA

• SMARNOŚĆ

3. SKŁAD FRAKCYJNY

Skład frakcyjny jest bardzo ważnym wskaźnikiem służącym do oceny zdolności rozruchowych paliwa (umożliwia łatwość rozruchu silnika zimą), oraz zdolność paliwa do samozapłonu. Pozwala na określenie w paliwie frakcji lekkich oraz określenia zawartości składników paliwa o wysokiej temperaturze wrzenia (mającej tendencję do nie zupełnego spalania co powoduje wzrost emisji toksycznych składników spalin)

Wyróżnia się:

• Temperatura oddestylowania 10%(V/V); T₁₀- ważna ze względu na właściwości rozruchowe , im T jest niższa, tym ON ma większą lotność(umożliwia łatwiejszy rozruch zimnego silnika)

• Temperatura oddestylowania 50%(V/V); T₅₀- określa zwykle zawartość w paliwie frakcji lekkich , im jest niższa tym ON szybciej zmienia się w parę(mieszanka spala się niecałkowicie)

• Temperatura oddestylowania 90%(V/V); T₉₀-określa zawartość składników paliwa o wysokiej T wrzenia(tendencja do niezupełnego spalania)

4. SKŁAD CHEMICZNY

Podawany przez różne źródła skład chemiczny paliw dieslowych obejmuje następujące zakresy dla poszczególnych rodzajów węglowodorów:

• WĘGLOWODORY PARAFINOWE

- n-parafinowe: 9-13 % V/V

- izoparafinowe: 10-20 % V/V

• WĘGLOWODORY NAFTENOWE: 25-35 % V/V

• WĘGLOWODORY AROMATYCZNE: ~ 11%

Paliwa handlowe zawierają niewielką ilość wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA), przy czym komponenty z destylacji pierwotnej zawierającej głównie układy 2 i 3-pierścieniowe, komponenty pochodzące z procesów rozkładowych zawierających również WWA 4-6 pierścieniowe.

Węglowodory aromatyczne to głównie:

• Alkilobenzeny

• Indyny

• Naftaleny

• Bifenyle

• Acenaftaleny

• Fenantreny

• Chryzeny

• Areny

Węglowodory aromatyczne powodują wydłużenie okresu opóźnienia zapłonu, charakteryzuje je stukowe spalanie, wywołujące tzw. twardą prace silnika(dotyczy silników z zapłonem iskrowym). WWA wpływają szkodliwie na środowisko, a ich spalanie przyczynia się do tworzenia wysokocząsteczkowych produktów o właściwościach kancerogennych (rakotwórczych).

5. KOMPONOWANIE OLEJÓW NAPĘDOWYCH

Chociaż frakcje olejowe z destylacji ropy naftowej stanowią główny strumień do komponowania paliw dieslowych, to realizuje się procesy wtórne, mające na celu uzyskanie dalszych (niezbędnych) ilości komponentów.

Podstawowymi komponentami olejów napędowych są:

• Destylacja atmosferyczna o zakresie temperatury wrzenia 120 do 380 C

• Destylacja próżniowa oleju napędowego o zakresie temperatury wrzenia 230 do 370 C

• Frakcje oleju napędowego z krakingu katalitycznego o temperaturze wrzenia w zakresie 200 do 350 C

• Inne komponenty z nowych procesów rafineryjnych

6. DODATKI

Produkty handlowe zawierają także pakiety dodatków uszlachetniających. Dodatki do olejów napędowych można podzielić na następujące grupy:

• DEPRESATORY- najczęściej stosowane dodatki do olejów napędowych. Umożliwiają komponowanie olejów z frakcji zawierających stosunkowa (ok. 30% V/V) n-parafin, które są pożądane ze względów na wysoką liczbę cetanową i niewielką toksyczność spalin.

• INHIBITORY KOROZJI - zapobiegają korozji spowodowanej obecnością wody.

• DODATKI PRZECIWSTARZENIOWE - mają większe znaczenie w przypadku dłuższego przechowywania olejów napędowych. Procesy starzeniowe tych olejów powodują wytrącanie się osadów zakłócających działanie filtrów paliwowych i przebieg procesu spalania się paliwa w silniku.

• DEEMULGATORY - powinny być dobierane indywidualnie. Niestaranny dobór lub przedawkowanie dodatku może prowadzić do utworzenia trwałej emulsji.

• DODATKI PRZECIWDZIAŁAJĄCE PIENIENIU - stosowane ze względu na naturalną zdolność olejów do pienienie się w czasie ich pompowania.

• DODATKI BIOBÓJCZE (BIOCYDY) - przeciwdziałają rozwojowi mikroorganizmów magazynowanych olejach napędowych.

• DETERGENTY - ich zadaniem jest przeciwdziałać gromadzeniu się osadów nagarów na końcówkach rozpylaczy

• DODATKI PODWYŻSZAJĄCE LICZBE CETANOWĄ - (rzadko stosowane) działanie polega na skracaniu czasu opóźnienia samozapłonu

• DODATKI SMARNOŚCIOWE - mechanizm ich działanie polega na utworzeniu filmu ochronnego na powierzchni metalu- elementy pompy wtryskowej.

• ZNACZNIKI - markery są to bezbarwne związki ich rodzaj i metody wykrywania nie upowszechnia się gdyż dzięki nim możliwa jest identyfikacja pochodzenia paliwa.

7. BIODIESLE

Biodiesle są estrami wytworzonymi w reakcji transestryfikacji olejów roślinnych, takich jak oleje: rzepakowy, sojowy, słonecznikowy i inne, za pomocą alkoholi małocząsteczkowych, takich jak metanol lub etanol.

UPROSZCZONY SCHEMAT REAKCJI TRANSESTRYFIKACJI OLEJU RZEPAKOWEGO

Biodiesle posiadają wiele pozytywnych cech:

• Nieobecność siarki i węglowodorów aromatycznych

• Obecność dużej ilości (11% m/m) tlenu wewnętrznego(ułatwiającego całkowite spalanie paliwa)

• Atrakcyjny środowiskowo gdyż jest biodegradowalny

8. WYSOKOŚĆ SPRZEDAŻY PALIW W EUROPIE ORAZ USA

Warto zwrócić uwagę na sprzedaż paliw na świecie. Największe zużycie tego surowca przypada na Europę(głównie zachodnią) oraz Amerykę Północną(USA), jest to wynikiem wysokiego rozwinięcia tych krajów. W Europie dominuje sprzedaż oleju napędowego o tendencji wzrostowej na przeszłe lata. Obecnie procent sprzedaży benzyny jest dwukrotnie mniejszy w porównaniu do oleju i różnica ta będzie się zwiększać w przyszłości.

Dystrybucja paliw u USA jest całkowicie inna w porównaniu do Europy. W sprzedaży przeważa benzyna, a jej zużycie jest sześciokrotnie większe niż w europie (w przyszłych latach różnica ta będzie się zwiększać). Różnica w sprzedaży jest duża, co wynika z wielkości i rozwinięcia państwa oraz z sposobu życia. W USA sprzedaż oleju napędowego w porównaniu do benzyny w latach następnych będzie się zmniejszać, co może doprowadzić do wyrównanej sprzedaży obu surowców.

DYSTRYBUCJA PALIW-EUROPA

DYSTRYBUCJA PALIW-USA

LITERATURA

1.Alfred Podsiadło . Paliwa oleje i smary w ekologicznej eksploatacji,

PWN Warszawa 2002

2.Vademecum rafinera. Ropa naftowa; właściwości , przetwarzanie, produkty, praca zbiorowa pod redakcją J. Surygały, PWN Warszawa 2007

1

---