Способ оценки цетанового индекса жидких углеводородных топлив



Способ оценки цетанового индекса жидких углеводородных топлив

 


Владельцы патента RU 2526174:

Федеральное автономное учреждение "25 Государственный научно-исследовательский институт химмотологии Министерства обороны Российской Федерации" (RU)

Изобретение относится к области исследования жидких углеводородных топлив, преимущественно оценки их воспламеняемости, зависящей от цетанового числа, ЦЧ, или цетанового индекса, ЦИ, и может быть использовано при подборе топлива для конкретного дизельного двигателя. Способ включает определение плотности при температуре 20°С топлива, определение усредненной температуры кипения, Тс, °С, по расчетным зависимостям от температур выкипания отдельных фракций топлива, установление диапазона плотности при 20°С от 700 до 1020 кг/м3, определение кинематической вязкости при температуре 50°С при плотности топлива от 860 до 1020 кг/м3 и температуре выкипания конечной фракции топлива выше 400°С, оснащение номограммы для оценки ЦИ дополнительной шкалой вязкости, совмещаемой со шкалой Тс на участке от 268 до 320°С, установление диапазона Те от 90°С до 320°С, установление диапазона шкалы кинематической вязкости от 2,0 до 1000 мм2/c, установление диапазона шкалы цетанового индекса, ед., от 0 до 70. Номограмма позволяет определять ЦИ любого жидкого углеводородного топлива (от бензина до остаточного). Достигается расширение ассортимента исследуемых топлив и повышение надежности оценки. 1 ил., 1 табл., 4 пр.

 

Изобретение относится к области исследования жидких углеводородных топлив, преимущественно оценки их воспламеняемости в дизельном двигателе, зависящей от цетанового числа или цетанового индекса, и может быть использовано при подборе топлива для конкретного дизельного двигателя.

Основным требованием к топливам, используемым в дизелях, является их способность к воспламенению (самовоспламенению) после впрыска в цилиндр без постороннего источника зажигания, а именно только под воздействием высокой температуры, возникающей при сжатии воздуха. Способность топлива к самовоспламенению изначально оценивали показателем «цетановое число» (Моторные топлива, масла и жидкости. Том 1. / Под редакцией К.К. Папок и Е.Г. Семенидо. - М. - Л. - Гостоптехиздат. - 1949. - с.126).

Однако определение цетанового числа (ЦЧ) стандартным моторным методом (ГОСТ 3122) является относительно сложной задачей, поскольку требует применения моторной (с дизельным двигателем) установки, специального эталонного топлива и высокой квалификации обслуживающего персонала. В связи с этим определение ЦЧ топлива возможно только в специализированных топливных лабораториях. Фактическая точность определения ЦЧ составляет ±4 ед. (ВИНИТИ -Экспресс информация. Двигатели внутреннего сгорания. Серия: поршневые и газотурбинные двигатели. - М. - ВИНИТИ. - 1989. - №26. - с.с.15-22).

На практике (в местах потребления топлива) вопрос о возможности применения топлива в дизельном двигателе, исходя из воспламеняемости топлива, решают по показателю «цетановый индекс (ЦИ)». Показатель «ЦИ» эквивалентен показателю «ЦЧ» (в пределах фактической точности определения ЦЧ), но отличается простотой его определения. ЦИ определяется расчетом на основе использования физических показателей качества топлива, таких как плотность, температура кипения, вязкость, анилиновая точка, определение которых доступно для любой топливной лаборатории. Вместе с тем, до настоящего времени ЦИ мог быть определен только для узкого ассортимента топлив, а именно топлив 90% об. которых выкипает (по ГОСТ 2177) до температуры 360°С, а температура начала кипения составляет не ниже 150°С. Доля этих топлив в общем (полном) ассортименте составляет менее 25%. К числу топлив, для которых ЦИ в настоящее время не может быть определен, относятся остаточные топлива, реактивные топлива, бензины и некоторые другие, вырабатываемые в незначительных количествах.

Перед авторами стояла задача разработать способ оценки ЦИ всего ассортимента вырабатываемых жидких углеводородных топлив по номограмме, основанной на определении плотности, температуры кипения и кинематической вязкости топлив, определение которых доступно для любой топливной лаборатории.

При просмотре патентной и научно-технической информации был выявлен способ (аналог) оценки воспламеняемости топлива по номограмме, связывающей воспламеняемость топлива (показатель "CCAJ" - индекс углеродной ароматизации) с его плотностью при температуре 15°С и кинематической вязкостью при 50°С (ГОСТ Р 54299-2010-Топлива судовые. Технические условия). Однако этот способ имеет существенные недостатки, не позволяющие выполнить стоящую перед авторами задачу. Так, он не позволяет оценивать ЦИ топлив, имеющих плотность менее 820 кг/м3 при 15°С и вязкость менее 4 мм2/с при 50°С. К этим топливам относятся: дизельное для быстроходных дизелей по ГОСТ 4749 и ГОСТ 305, реактивное по ГОСТ 10227 (Б.В. Лосиков, А.Д. Фатьянов, Ю.В. Микулин, Л.А. Александрова. - Топлива для судовых газовых турбин. - М. - Химия. - 1970. - с.54-55) и бензины (А.А. Гуреев, B.C. Азев - Автомобильные бензины. Свойства и применение. - М. - Нефть и газ. - 1996. - c.71).

Кроме того, в нем отсутствует взаимосвязь контрольного показателя "CCAJ" с показателями "ЦЧ" или "ЦИ", являющимися характеристикой воспламеняемости дизельных топлив по ГОСТ 305 (Топливо дизельное. Технические условия) и ГОСТ Р 52368-2005 (Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия). Так интервал значений показателя "CCAJ" составляет от 800 до 930 ед., в то время как интервал значений показателя "ЦЧ" по ГОСТ 3122 - от 20 до 60 ед., а нормируемые значения ЦЧ для дизельных топлив - "не менее " 45 ед. (ГОСТ 305) и "не менее " 51 ед. (ГОСТ Р 52368-2005), а ЦИ "не менее " 46 ед. (ГОСТ Р 52368-2005). Для топлива США по спецификации «MIL - DTL - 16884L», являющегося утяжеленным дизельным топливом относительно отечественных дизельных топлив по ГОСТ 305 и ГОСТ Р 52368-2005 (до температуры 360°С по методу ГОСТ 2177 перегоняется соответственно «не менее» 90 и 95 % об.), нормируемые значения ЦЧ и ЦИ составляют соответственно «не менее» 42 и 43 ед. Эти значения подтверждают, что показатели «ЦЧ» и «ЦИ» равноценны, поскольку их различие не превышает фактической точности (±4,0 ед.) определения ЦЧ моторным методом.

Показатель «CCAJ», как показывает статистика, в 9% случаев дает противоположные ожидаемым результаты воспламеняемости топлив (вместо повышения ЦЧ наблюдалось его снижение), в 13% одному и тому же значению CCAJ соответствовали значения ЦЧ от 36 до 52 ед., в 12% не было выявлено никакой взаимосвязи между CCAJ и ЦЧ. Был сделан общий вывод, что корреляции между CCAJ и ЦЧ не существует (ВИНИТИ - Экспресс информация. Двигатели внутреннего сгорания. Серия: поршневые и газотурбинные двигатели. - М. - ВИНИТИ. - 1986. - №45. - С.8-9).

Наиболее близким к заявляемому способу, принятым за прототип, является способ определения по номограмме ЦИ дизельного топлива, включающий определение плотности при температуре 15°С и усредненной температуры кипения - температуры выкипания 50% об. топлива (Топливо дизельное. Определение цетанового индекса расчетным методом ГОСТ 27768-88).

Недостатком способа является ограниченная область его применения, т.к. невозможно определение ЦИ топлив с плотностью при 15°С менее 784 и более 915 кг/м3 и температурой выкипания 50% об. менее 188 и более 300°С. К этим топливам относятся реактивные (ГОСТ 10227), бензины (ГОСТ 1012 и ГОСТ 2084) и остаточные топлива (ГОСТ 10585 и ГОСТ Р 54299-2010, соответствующий международному стандарту на судовые топлива ИСО 8217-2010). Определение фракционного состава остаточных топлив стандартами вообще не предусматривается. Причиной этого является наличие в остаточных топливах гудрона, являющегося остатком после максимального (при современном уровне техники) отгона из нефти на нефтеперерабатывающих заводах вакуумных фракций, т.е. фракций, выкипающих до 575°С (И.Л. Гуревич. - Технология нефтепереработки нефти и газа. Часть 1. - М.: - Химия. - 1972. - с.311). Фракционный состав (определение которого предусмотрено способом-прототипом) тяжелых дистиллятных топлив, например единого топлива для кораблей ВМС США по спецификации MIL-F-24397 или аналогичного ему отечественного топлива по ТУ 38.401398-82, может быть определен только сложным методом, предусматривающим использование оборудования, работающего при вакууме, например методом США ASTM-1160SA или отечественным методом по авторскому свидетельству СССР №806050, кл. В01Д 3/32, 1977 г. Такие методы могут быть реализованы только в специализированных лабораториях, где имеется соответствующее оборудование.

В связи с этим авторы продолжили исследования по усовершенствованию способа-прототипа путем расширения ассортимента топлив, воспламеняемость которых может быть определена по показателю "ЦИ" при использовании номограммы на основе доступных для любой топливной лаборатории показателей качества топлива.

Технический результат изобретения - расширение ассортимента жидких углеводородных топлив до полного, т.е. от бензина до остаточного, воспламеняемость которых в дизелях может быть оценена по ЦИ без снижения точности, для оценки которого используют номограмму.

Указанный технический результат достигается тем, что способ оценки цетанового индекса жидких углеводородных топлив для дизельных двигателей по номограмме, включающий определение плотности при 20°C и усредненной температуры кипения, при этом усредненную температуру кипения реактивного топлива, утяжеленного дизельного топлива, бензина и дизельного топлива рассчитывают по зависимостям, соответственно:

где T с р , T с у . д , T с б , T с д - усредненные температуры кипения топлив соответственно реактивного, утяжеленного дизельного, бензина и дизельного, °C;

t10, t50, t90, t95(96), t98 - соответственно температуры выкипания фракций

10, 50, 90, 95 (96), 98% об. жидкого углеводородного топлива;

K1, K2, K3, - известные коэффициенты;

K4, K5, K6, K7 - коэффициенты, полученные экспериментально,

- для реактивных топлив: K1=0,3, K2=0,54, K3=0,16,

- для утяжеленных дизельных топлив, у которых до 360°C выкипает 90% об., и для бензинов: K4=0,58, K5=0,42,

- для дизельных топлив, у которых до 360°C выкипает 95 (96)% об.:

K6=0,97, K7=0,03,

номограмму дополнительно оснащают шкалой кинематической вязкости, совмещенной со шкалой усредненной температуры кипения Tс °C жидкого углеводородного топлива на участке от 268 до 320, и оценивают цетановый индекс для остаточных топлив по номограмме, включающей определение плотности при 20°C и кинематической вязкости, диапазон шкалы усредненной температуры кипения берут от 90 до 320, диапазон шкалы кинематической вязкости берут от 2,0 мм2/с до 1000 мм2/с, диапазон шкалы плотности берут от 700 до 1020, диапазон шкалы цетанового индекса берут от 0 ед. до 70 ед.

На чертеже представлена номограмма для оценки цетанового индекса жидких углеводородных топлив. Номограмма представляет собой чертеж, состоящий из трех шкал: равномерной прямолинейной шкалы I плотности топлива при 20°C (ρ20) в диапазоне (700-1020) кг/м3 с ценой деления 10; неравномерной криволинейной шкалы III испаряемости, состоящей из участка Tс (правая часть шкалы), построенного по степенной зависимости, и участка кинематической вязкости при 50°C (ν50, мм2/с) в диапазоне (2-1000) мм2/с, построенного с логарифмическим выражением вязкости (левая часть шкалы) с частичным совпадением участков в области Tс (268-320)°C и ν50 (2-4,8) мм2/с соответственно; равномерной прямолинейной шкалы II цетановых индексов (ЦИ) в диапазоне (0-70) ед. с ценой деления 5, построенной по выявленной взаимосвязи ЦИ с ρ20, Tс, ν50.

Суть заявленного способа заключается в том, что:

- испаряемость (а следовательно, и воспламеняемость по ЦИ) топлива может определяться как по фракционному составу (ГОСТ 2177), так и по вязкости (Моторные топлива, масла и жидкости. Том I. /Под редакцией К.К. Папок и Е.Г. Семенидо. - М. - Л. - ГНТИ горно-топливной литературы. http://-1953.-c.46);

- испаряемость топлива по мере ее ухудшения (повышения температуры кипения или повышения кинематической вязкости) при близкой плотности приводит к повышению воспламеняемости (ЦИ) топлива. Так бензины, имеющие при температуре 20°С плотность (748-784) кг/м3 и кинематическую вязкость (0,56-0,81) мм2/с, а температурные пределы выкипания (34-189)°С имеют значения ЦЧ менее 20 ед., т.к. не могут быть определены по ГОСТ 3122, в то время как цетан с плотностью 774 кг/м3 , вязкостью 4,46 мм2/с и температурой кипения 287,5°С - 100 ед. (А.А. Гуреев, B.C. Азев. Автомобильные бензины. Свойства и применение. - М. - Нефть и газ. - 1996. - с.с.106, 114; Справочник химика. Том 2. - Л. - М. - Госхимиздат. - 1951. - 1147 с.).

Для выражения фракционного состава одной цифрой (Tc, °С) известна зависимость для реактивных топлив (Е.П. Серегин, А.Ф. Горенков, В.Т. Бугай и др. - Химия и технология топлив и масел. - 1980. - №11. - с.44):

T c = 0 ,3 t 10 + 0,54 t 50 + 0,16 t 98                          (5)

где Tc - усредненная температура кипения топлива, °С;

t10, t50, t98 - температуры выкипания 10, 50, 98% об. топлива, соответственно, °С.

Формула (5) равноценна формуле (1), поскольку в ней проставлены

коэффициенты при соответствующих фракциях топлива, указанные для формулы (1);

- для упрощения определения воспламеняемости топлива по ЦИ (исключения необходимости его перегонки) целесообразно также использовать в заявляемом способе имеющиеся данные, приводимые в паспортах на топлива, определение которых предусмотрено нормативно-технической документацией (НТД), а именно (ГОСТ, ТУ, спецификации) на топлива по фракционному составу или по вязкости (при отсутствии данных по фракционному составу). К этим топливам, например, относятся отечественные дизельные топлива по ГОСТ 305, по ТУ 38.101348-2009, по ТУ 38.401-58-110-94 и зарубежные утяжеленные дизельные топлива по спецификациям стран НАТО под индексом "F-76" (например, спецификация США MIL-DTL-16884L, спецификация Великобритании DEF STAH 91-4), для которых в НТД приводятся данные по соответственно температурам выкипания 50 и 95 (96) % об. и 10 и 90% об. Проведенные нами исследования показали, что Тc таких топлив может быть определена соответственно по зависимостям:

T c = 0,97 t 50 + 0,03 t 95 ( 96 )                                   (6)

T c = 0,58 t 10 + 0,042 t 90                                     (7)

Формулы (6) и (7) равноценны формулам (4) и (2) соответственно, поскольку они отличаются только тем, что буквенные коэффициенты формул (4) и (2) заменены на соответствующие цифровые коэффициенты;

- шкала III номограммы, учитывающая испаряемость топлива, в отличие от шкалы 7, учитывающей плотность топлива, и шкалы "температура выкипания 50% об." в способе-прототипе является не прямой линией, а линией со степенной зависимостью. Это отражает относительно большее изменение температур кипения и вязкости топлив в сравнении с изменением их плотности. Так, в ряду нормальных парафиновых углеводородов при переходе, например, от гексана к октану при температуре 20°С плотность (ρ20, кг/м3) увеличивается лишь на 10%, а вязкость (η, сП) - на 51%, температура кипения при этом увеличивается на 75 % (Справочник химика. Том 2. - Л. - М. - Госхимиздат. - 1951. - 1147 с.; Я.М. Паушкин. Химия реактивных топлив. - М. - Издательство Академии наук СССР. - 1962. - с.101).

Кроме того, шкала III является неравномерной (одному и тому же интервалу Tc или υ50 соответствуют графически разные и уменьшающиеся интервалы с ростом Tc или υ50);

- к топливам, у которых испаряемость определяется только по кинематической вязкости, относятся судовые остаточные топлива по ГОСТ Р 54299-2010 и тяжелые дистиллятные топлива, температура выкипания которых превышает 400°С. Единственной возможностью определения испаряемости в требуемом объеме, а следовательно, и воспламеняемости по ЦИ является, в этом случае, знание вязкости топлив. Использование показателя "вязкость при температуре 50°С′′ (ν50, мм2/с) в заявляемом способе позволяет определять ЦИ наиболее тяжелых из применяемых в дизелях остаточных топлив, имеющих ν50 до 700 мм2/с. Это расширяет по заявляемому способу ассортимент топлив, для которых может быть определен ЦИ, в область их утяжеления. Расширение диапазона топлив, для которых по заявляемому способу может быть определен ЦИ, в область их облегчения (реактивные топлива, бензины), достигнуто за счет изменения шкалы испаряемости Tc с линейной на степенную (позволившую определять Tc до 90°С), а шкалы плотности - в область более низких ее значений (до 700 кг/м3);

- плотность топлива в значительной мере определяет его воспламеняемость в дизелях, поскольку зависит как от его испаряемости (фракционного состава или вязкости), так и от группового углеводородного состава. Так, один из эталонов воспламеняемости цетан (гексадекан, т.е. парафиновый углеводород), цетановое число которого принимается по ГОСТ 3122 за 100 ед. (наилучшая воспламеняемость), имеет температуру кипения 287,5°С, а альфаметилнафталин (ароматический углеводород) при близкой к указанной температуре кипения (244,6°С), т.е. ниже лишь на 14,9%, имеет плотность при одинаковой (20°С) температуре, напротив, на 32,4% выше (соответственно 774 и 1025 кг/м3), что предопределяет его наихудшую (ЦЧ равно 0 ед.) воспламеняемость. Воспламеняемость групп углеводородов уменьшается при одинаковом количестве атомов углерода в последовательности: парафиновые, нафтеновые, ароматические, а их плотность при этом, напротив, повышается (Нефтепродукты. Справочник. / Под редакцией Б.В. Лосикова. - М. - Химия. - 1966. - с.176-177). С учетом этого значения плотности на шкале I номограммы увеличиваются с уменьшением значений ЦИ по шкале II, при одинаковой испаряемости по шкале III;

Способ реализуется следующим образом.

Были приготовлены и испытаны образцы всего ассортимента топлив, см. таблицу. Примеры определения ЦИ топлив по номограмме приведены ниже.

Пример 1. Имеется образец № 9 реактивного топлива ТС-1 с неизвестными характеристиками его плотности и фракционного состава. Требуется определить его цетановый индекс.

Для этого:

- определяют (по ГОСТ 3900) плотность топлива при температуре, равной температуре в помещении (25°С). Плотность топлива при этой температуре составила 768 кг/м3. Приводят найденную плотность при 25°С к плотности при 20°С с учетом температурной поправки, указанной в ГОСТ 3900. Плотность топлива при 20°С составила 772 кг/м3;

- определяют (по ГОСТ 2177) температуры выкипания фракций 10, 50 и 98% об. топлива. Они оказались равными соответственно 115, 170 и 248°С;

- рассчитывают усредненную температуру кипения топлива (Tc, °С) по зависимости (1),

Tc=0,3·115+0,54·170+0,16·248=164,98

Округляют полученное значение до ближайшей целой цифры. Округленное значение Tc составляет 165°С;

- на чертеже на шкале I находят значение плотности 772 кг/м3 и отмечают его точкой «А», а на шкале III находят значение Tc, равное 165°С, отмечая его точкой «Б»;

- соединяют прямой линией точки «А» и «Б»;

- находят значение ЦИ в точке пересечения полученной линии со шкалой II, т.е. точку F1 (фактический ЦИ). Оно равно 42 ед. Следовательно, значение ЦИ топлива составляет 42 ед.

Номер образца топлива Плотность (ρ, кг/м3) при температуре, °C Испаряемость Воспламеняемость Отклонение ЦИ от ЦЧ, ед.
Фракционный состав, °C Кинематическая вязкость при 50°С (ν50) мм2 Цетановое число (ЦЧ, ед.) по базовому (моторному) способу ГОСТ 3122 Цетановый индекс (ЦИ, ед.) по номограммам
Температура выкипания фракций, % об. Усредненная температура кипения (Tc) По способу - прототипу ГОСТ 54299-2010 По заявляемому способу
15 20 10 50 90 95 (96) 98 (к.к.) На основе ρ20 и Tc На основе ρ20 и ν50 По прототипу По заявляемому способу
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Дизельные топлива по ГОСТ 605
1 841 838 - 275 - 353 - 277 - 54,0 52,0 55,0 - 2,0 1,0
2 836 833 - 274 - (339) - 276 - 54,0 53,6 55,5 - 0,4 1,5
3 811 807 - 200 - 327 - 204 - 45,0 41,8 45,0 - 3,2 0
4 805 801 - 197 - 306 - 200 - 47,0 41,6 45,5 - 5,4 1,5
5 855 852 - 279 - 340 - 281 - 46,0 48,0 49,0 - 2,0 3,0
Утяжеленный дизельные топлива по ТУ 28.001350-84
6 900 897 228 272 340 - - 275 - 29,2 35,0 27,5 - 5,8 1,7
7 858 855 234 282 344 - - 280 - 47,0 48,0 47,0 - 1,0 0
8 865 862 242 291 353 - - 289 - 46,0 45,0 46,5 - 1,0 0,5
Реактивные топлива по ГОСТ 10227
9 776 772 115 170 - - 248 165 - 43,0 о/н∗) 42,0 - о/н 1,0
10 791 787 162 186 - - 230 186 - 45,8 о/н 45,0 - о/н 0,8
11 792 788 112 163 - - 248 161 - 37,0 о/н 35,0 - о/н 2,0
12 811 807 159 192 - - 269 194 - 40,4 38,3 40,0 - 2,1 0,4
Бензины по ГОСТ 2084
13 704 700 53 80 141 - - 90 - о/н о/н 14,0 - о/н о/н
14 770 766 81 119 163 - - 115 - о/н о/н 14,0 - о/н о/н
15 792 788 94 124 165 - - 124 - о/н о/н 11,5 - о/н о/н
16 794 790 91 126 168 - - 123 - о/н о/н 10,0 - о/н о/н
Тяжелые дистиллятные топлива по ТУ 38.401398-82∗∗)
17 882 879 - - - - - - 4,5 45,0 о/н - 46,5 о/н 1,5
18 864 861 - - - - - - 2,9 47,0 о/н - 45,5 о/н 1,5
Остаточные топлива по ГОСТ 54299∗∗)
19 953 950 - - - - - - 100,0 37,0 о/н - 35,5 о/н 1,5
20 915 912 - - - - - - 11,8 40,0 о/н - 42,0 о/н 2,0
21 943 940 - - - - - - 75,0 37,5 о/н - 38,0 о/н 0,5
22 990 987 - - - - - - 600,0 25,0 о/н - 27,5 о/н 2,5
23 1013 1010 421,0 о/н о/н - 15,0 о/н о/н
Примечание:
∗) - ′′о/н′′ означает: «определение невозможно».
∗∗) - определение фракционного состава методом, входящим в заявляемый способ, невозможно.

Пример 2. Имеется образец № 1 дизельного топлива по ГОСТ 305 с плотностью при 20°С 838 кг/м3 и температурами выкипания (50 и 95) % об. (275 и 353) °С, соответственно. Требуется определить по заявляемой номограмме ЦИ топлива.

Для этого:

- рассчитывают усредненную температуру кипения топлива (Tc, °С) по зависимости (3):

Tc=0,97·275+0,03-353=277,3 (округленно 277°С);

- на чертеже на шкале I находят точку «В», соответствующую значению плотности 838 кг/м3, а на шкале III - точку «Г», соответствующую значению 277°С;

- соединяют прямой линией точки «В» и «Г»;

- на шкале II в месте пересечения ее прямой линией, соединяющей точки «В» и «Г», находят точку F2, соответствующую значению ЦИ топлива. Оно равно 55 ед. Следовательно, ЦИ топлива равен 55 ед.

Пример 3. Имеется образец №19 остаточного топлива с плотностью при 20°С 950 кг/м3. Требуется определить ЦИ топлива.

Для этого:

- определяют по ГОСТ 33 кинематическую вязкость топлива при температуре 50°С, которая оказалась равной 100 мм2/с. На шкале III номограммы находят точку «Е», соответствующую значению 100 мм2/с;

- на шкале I находят точку «Д», соответствующую значению 950 кг/м3;

- соединяют прямой линией точки «Д» и «Е». На шкале II в месте пересечения ее прямой линией, соединяющей точки «Д» и «Е», находят точку F3, соответствующую значению ЦИ топлива. Оно равно 35,5 ед. Следовательно, ЦИ топлива равен 35,5 ед.;

Пример 4. Имеется образец №13 автомобильного бензина с плотностью при 20°С 700 кг/м3. Требуется определить его ЦИ.

Для этого:

- определяют по ГОСТ 2177 фракционный состав бензина, отмечая значения его температур выкипания (10 и 90) % об. Они оказались равными соответственно (53 и 141) °С;

- определяют усредненную температуру кипения (Tc, °С) по зависимости (2):

Tc=0,58·53+0,42·141=89,96°С (округленно 90°С)

- на шкале III находят точку «Ж», отвечающую значению 90°С, а на шкале I - точку «И», отвечающую значению 700 кг/м3;

- соединяют прямой линией точки «Ж» и «И». На шкале II в месте пересечения ее прямой линией, соединяющей точки «Ж» и «И», находят точку F4, соответствующую значению ЦИ топлива. Оно равно 14 ед. Следовательно, ЦИ бензина равен 14 ед.

Получаемые значения ЦИ топлива по заявляемому способу позволяют выявить недостоверные данные по воспламеняемости топлив, приводимые в паспортах на конкретные топлива, например, когда поставщик по каким-либо причинам проставляет в паспорте на топливо заниженное значение ЦЧ (на минимальном уровне, отвечающем НТД на топливо).

По заявляемому способу оценен ЦИ ряда образцов товарных топлив, соответствующих всему их ассортименту (от бензинов до остаточных), таблица. В этой же таблице приведены данные по ЦИ способа - прототипа и и базового (моторного) метода, а также данные по отклонению ЦИ по заявляемому способу и способу - прототипу от ЦЧ, определяемого стандартным моторным методом.

Из приведенных в таблице данных следует, что по заявляемому способу определяется воспламеняемость (ЦИ) любых топлив (100% образцов), начиная от самых легких (бензины) и кончая самыми тяжелыми (остаточные). Их ЦИ составляет от 10 ед. до 55,5 ед. По способу - прототипу определяется ЦИ только 39% представленных образцов топлива. По этому способу не могут быть определены ЦИ тяжелых дистиллятных топлив (образцы №№ 17, 18); реактивных топлив, кроме топлива Т-1 (образец №12, столбцы 5 и 12) с температурой выкипания 50% об. - 192°С, изготавливаемого из уникальной нефти нафтенового основания; а также всех образцов бензинов и остаточных топлив. По базовому способу определяется ЦЧ 78,3% представленных образцов топлива. По нему не определяется воспламеняемость (ЦЧ) только бензинов (№№13-16, столбец 11) и образца остаточного топлива с очень высокой плотностью (1010 кг/м3 при 20°С) при относительно небольшой кинематической вязкости (421 мм2/c при 50°С) - образец №23 (столбцы 3, 10 и 11).

Погрешность определения воспламеняемости (ЦИ) по способу-прототипу (для топлив, у которых она определяется) относительно ЦЧ по базовому способу (ГОСТ 3122) составляет до 5,8 ед. (образец №6, столбцы 11, 12 и 15), в то время как по заявляемому способу - до 3,0 ед. (образец №5, столбцы 11, 13 и 16). По способу-прототипу указанная погрешность превышает фактическую погрешность ЦЧ по базовому методу (±4 ед.), в то время как по заявляемому способу укладывается в допустимое значение. Это означает, что заявляемый и базовый способы по точности равноценны, но возможности расширения ассортимента топлив, для которых возможно определение воспламеняемости (ЦИ), у заявляемого способа существенно выше.

Получив значение ЦИ для конкретного топлива, можно с уверенностью судить об испаряемости и воспламеняемости этого топлива, что позволяет оценить пригодность топлива для конкретного дизельного двигателя.

Применение изобретения позволяет выполнить поставленную авторами цель - расширить ассортимент жидких углеводородных топлив до полного (т.е. от бензина до остаточного), воспламеняемость которых может быть оценена по ЦИ без снижения точности по номограмме на основе определения доступных для любой топливной лаборатории показателей качества топлива.

Способ оценки цетанового индекса жидких углеводородных топлив для дизельных двигателей по номограмме, включающий определение плотности при 20°C и усредненной температуры кипения, при этом усредненную температуру кипения реактивного топлива, утяжеленного дизельного топлива, бензина и дизельного топлива рассчитывают по зависимостям, соответственно:




где , , , - усредненные температуры кипения топлив соответственно реактивного, утяжеленного дизельного, бензина и дизельного, °C;
t10, t50, t90, t95(96), t98 - соответственно температуры выкипания фракций
10, 50, 90, 95 (96), 98% об. жидкого углеводородного топлива;
K1, K2, K3 - известные коэффициенты;
K4, K5, K6, K7 - коэффициенты, полученные экспериментально,
- для реактивных топлив: K1=0,3, K2=0,54, K3=0,16,
- для утяжеленных дизельных топлив, у которых до 360°C выкипает 90% об., и для бензинов: K4=0,58, K5=0,42,
- для дизельных топлив, у которых до 360°C выкипает 95 (96)% об.:
K6=0,97, K7=0,03,
номограмму дополнительно оснащают шкалой кинематической вязкости, совмещенной со шкалой усредненной температуры кипения Tс °C жидкого углеводородного топлива на участке от 268 до 320, и оценивают цетановый индекс для остаточных топлив по номограмме, включающей определение плотности при 20°C и кинематической вязкости, диапазон шкалы усредненной температуры кипения берут от 90 до 320, диапазон шкалы кинематической вязкости берут от 2,0 мм2/с до 1000 мм2/с, диапазон шкалы плотности берут от 700 до 1020, диапазон шкалы цетанового индекса берут от 0 ед. до 70 ед.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области анализа физических свойств жидкостей. Устройство содержит емкость со шкалой для отбора пробы с размещенным в ней штоком с поршнем, программно-аппаратный комплекс для измерения времени и температуры, трубку для пропускания жидкости в емкость при отборе пробы для определения условной вязкости, термистор, который может быть установлен на трубке при определении микропенетрации, деэмульгирующей способности и показателя динамики нагрева жидкости, конус, который может быть установлен вместо поршня на шток с помощью резьбы при определении микропенетрации, пробку или крышку, которая может быть установлена на штуцер емкости вместо трубки при определении микропенетрации и деэмульгирующей способности, и подставку для установки емкости.

Изобретение относится к аналитической химии, конкретно к химическим индикаторам на твердофазных носителях, и может быть использовано для экспрессного определения металлов в водных средах и бензинах с помощью реагентных индикаторных трубок на основе хромогенных дисперсных кремнеземов.

Изобретение относится к контролю качества нефтепродуктов и может быть использовано для определения качества горюче-смазочных материалов, в том числе и для проведения экспресс-контроля горюче-смазочных материалов.

Изобретение относится к оценке эксплуатационных свойств топлив для реактивных двигателей (авиакеросинов), в частности определения в них количества антиоксидантов, и может быть применено в нефтехимической, авиационной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к химическим способам экспертизы взрывчатых веществ. Способ заключается в расчете величины критерия, показывающего увеличение объема взрывных газов по сравнению с начальным объемом заряда, основанном на фиксации количества разрушенного материала в металлической пластине-свидетеле при торцевом воздействии на нее вплотную примыкающего цилиндрического заряда испытуемого наливного взрывчатого вещества с инициированием взрыва от противоположного по отношению к примыкающему к пластине конца заряда для оценки коэффициента k политропы продуктов взрыва по уравнению, разрешаемому относительно k с последующей оценкой разрушительных свойств взорванного заряда по величине вышеуказанного критерия, который рассчитывается из заданного соотношения.

Изобретение относится к области исследования материалов путем определения их теплофизических свойств и предназначено для прогнозирования в лабораторных условиях эндогенной пожароопасности угольных шахтопластов при геологоразведочных разработках.

Группа изобретений относится к определению воды в потоке углеводородных жидких и газообразных топлив. Способ характеризуется тем, что пропускают поток топлива или воздуха при постоянном расходе через водоотделитель, состоящий из нескольких ячеек, расположенных последовательно одна за другой, образованных коагулятором и сепарирующей сеткой, а воду, полученную в результате сепарирования на пористой перегородке отводят в отстойник, при этом постоянно или периодически измеряют давление перед пористой перегородкой и давление за ней, передают сведения об измеренных величинах давления на аналитический блок-регистратор, вычисляют на основании разности давлений гидравлическое сопротивление пористой перегородки, затем по полученным данным определяют количество воды, удержанной пористым поливинилформалем коагулятора, на основе предварительно полученных тарировочных данных об изменении гидравлического сопротивления пористой перегородки в зависимости от содержания воды в коагуляторе и в потоке топлива, и на основе этих данных определяют количество воды, содержащейся в топливе.
Изобретение относится к лабораторным методам исследования автомобильных бензинов. Способ заключается в том, что определяют количество смол до и после промывки н-гептаном (промытых смол) по ГОСТ 1567 и по разнице в количестве смол до и после промывки н-гептаном судят о наличии моющей присадки в автомобильном бензине.

Изобретение относится к химическим способам экспертизы взрывчатых веществ и криминалистических идентификационных препаратов. Способ маркировки взрывчатого вещества (ВВ) заключается во введении во взрывчатое вещество маркирующей композиции, содержащей идентификаторы, количество которых равно количеству технических показателей, подлежащих маркировке.
Изобретение относится к лабораторным методам исследования присадок к автомобильным бензинам. Способ заключается в определении смол, промытых н-гептаном в бензине до и после введения исследуемой присадки по ГОСТ 1567, при этом используют бензин с содержанием промытых смол не менее 5 мг на 100 мл бензина (например, бензины вторичного происхождения - каталитического и термического крекинга, висбрекинга, коксования, полимеризации и т.д., как правило, с большим содержанием олефиновых углеводородов).

Изобретение относится к химическим способам экспертизы взрывчатых веществ и криминалистических идентификационных препаратов. Способ маркировки взрывчатого вещества заключается во введении во взрывчатое вещество, полученное смешиванием отдельных компонентов, маркирующей композиции, содержащей идентификаторы, количество которых равно количеству технических показателей, подлежащих маркировке. Для маркирования взрывчатого вещества осуществляют маркировку каждого отдельного компонента, входящего в смесь взрывчатого вещества. Маркирующую композицию для каждого отдельного компонента составляют из по крайне мере одного полимерного материала из ряда полиорганосилоксанов с длиной молекулярной цепочки, являющейся идентификатором, и которая отлична от длин молекулярных цепочек и величин вязкости полимерных материалов в маркирующих композициях других отдельных компонентов, составляющих смесь взрывчатого вещества. В качестве маркирующей композиции взрывчатого вещества используют набор маркирующих композиций отдельных компонентов смеси этого вещества. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Изобретение относится к лабораторным методам оценки коррозионной активности реактивных топлив. Способ оценки коррозионной активности реактивных топлив заключается в определении убыли веса медьсодержащего материала, помещенного в топливо, до и после испытания, при повышенной температуре. При этом в качестве медьсодержащего материала используют медную фольгу, которую помещают в топливо и выдерживают в герметично закрывающихся бомбах, выполненных в виде металлических сосудов, при температуре 150±2°C в течение 4-х часов при проведении выдержки в 2 этапа по 2 часа со сменой топлива после первого этапа, причем чем больше убыль веса медной фольги до и после испытания, тем большей коррозионной активностью обладает реактивное топливо. Достигается повышение надежности и ускорение оценки. 1 табл.

Изобретение относится к контролю качества автомобильного бензина и может быть использовано в лабораториях, автозаправочных станциях, нефтебазах и других объектах, потребляющих бензин. Готовят диспергирующе-индикаторный состав, для чего в дистиллированную воду вводят соляную кислоту и водно-спиртовой раствор бромфенолового синего, полученный состав объединяют с пробой бензина, в которую предварительно добавляют метил-трет-бутиловый эфир, смесь перемешивают и отстаивают при комнатной температуре, замеряют на границе раздела «бензин-вода» объем пенистого слоя сине-голубого цвета, при значении которого не менее 1 см3 судят о наличии моющей присадки в бензине. Достигается ускорение определения при высокой его достоверности. 1 пр., 5 табл.

Изобретение относится к подготовке и транспортировке нефти на промыслах и на предприятиях, занимающихся переработкой нефти, транспортировкой и распределением нефтепродуктов. Способ основан на том, что в процессе налива емкости производится измерение концентрации углеводородов в вытекающей из горловины паровоздушной смеси и трех временных интервалов от момента начала налива до: момента первоначального появления углеводородов в паровоздушной смеси, которое принимают за минимальное значение концентрации; момента максимальной величины концентрации углеводородов в паровоздушной смеси; момента окончания налива по достижении максимального уровня в емкости. Массу потерь нефти или нефтепродукта определяют по следующей формуле: M п п = V ц [ ( t ц − t C m a x ) C m a x t ц + ( t C m a x − t C m i n ) ( C m a x + C m i n ) 2 t C m a x ] , где Mпп - масса потерь нефти или нефтепродуктов от испарения в выбросах паровоздушной смеси, кг; Vц - объем емкости, м3; tц - отрезок времени от начала налива емкости до достижения максимального уровня заполнения, мин; Cmax - максимальная массовая концентрация углеводородов в паровоздушной смеси, кг/м3; Cmin - минимальная массовая концентрация углеводородов в паровоздушной смеси, кг/м3; tCmax - отрезок времени от начала налива до выхода паров с концентрацией Cmax, мин; tCmin - отрезок времени от начала налива до выхода паров с концентрацией Cmin, мин. Достигаются снижение трудоемкости и повышение точности определения потерь углеводородов. 1 табл.
Изобретение может быть использовано для оценки моющей способности бензина и дизельного топлива и влияния их моющей способности на технико-экономические и экологические (ТЭ) характеристики двигателя (Д). Способ заключается в предварительном «загрязнении» Д эталонной загрязняющей смесью (ЭЗС) топлива и масла, обеспечивая его работу на фиксированном режиме. После выработки 20-40 л ЭЗС Д останавливают, охлаждают, разбирают и фиксируют загрязнения (З). Затем Д работает на испытуемом топливе на стандартных режимах (СР). При этом измеряют его ТЭ характеристики. Далее повторно фиксируют З. Приведены параметры СР. Технический результат - повышение степени надежности и объективности определения моющей способности бензина и дизельного топлива. 8 з.п. ф-лы, 4 табл.
Группа изобретений относится к контролю параметров качества углеводородных топлив. Индикаторное тестовое средство для определения содержания N-метиланилина в углеводородных топливах представляет собой нейтральный оксид алюминия с иммобилизованным на его поверхности гексацианоферратом (III) калия, сформированный в виде таблеток. Способ определения содержания N-метиланилина в углеводородных топливах с использованием указанного индикаторного тестового средства проводят по его цветовому переходу после контактирования с пробой анализируемого топлива. Достигается достоверность определения более низких концентраций N-метиланилина в углеводородных топливах. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.
Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к экспресс-обнаружению взрывчатых веществ (ВВ) на основе органических пероксидов. Способ основан на фиксации индикаторным методом пероксида водорода, выделившегося при разложении взрывчатых веществ. Для этого после контакта с твердофазным материалом, обладающим функцией поверхностной кислотности и обеспечивающим разложение ВВ до перекиси водорода, фиксируют изменение цвета индикатора в течение 1 мин. Применение предложенного способа упрощает анализ циклических пероксидов за счет уменьшения количества стадий исследования, а также исключения жидких реагентов, в том числе концентрированных кислот и органических растворителей. Изобретение обеспечивает проведение экспресс-анализа следовых количеств пероксидных ВВ вне лаборатории в широком диапазоне климатических условий. 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 7 пр.

Изобретение относится к методам индикаторного выявления следовых количеств взрывчатых веществ и компонентов взрывчатых составов на основе трех групп классов соединений: нитроароматических соединений; нитраминов и нитроэфиров; ионных нитратов. Способ экспресс-обнаружения взрывчатых веществ на основе комплекта химических индикаторов для трех групп классов азотсодержащих соединений включает применение реактивного индикаторного материала с реагентами, предварительно нанесенными в дозированном количестве на носитель, причем в качестве реактивного индикаторного материала используют носитель с иммобилизованным азокомпонентом реактива Грисса, находящимся в твердой химически модифицированной защищенной форме с ковалентно связанной аминогруппой. Достигается повышение чувствительности и надежности, а также - ускорение обнаружения. 3 з.п. ф-лы, 4 прим., 1 табл.
Изобретение относится к области исследования качества применения эксплуатационных материалов в баках систем силовой установки и трансмиссии. Способ определения показателей качества применяемых топлив и масел на военной гусеничной машине, заключается в определении температуры застывания, цетанового числа, количества серы, температуры помутнения, температуры застывания, плотности, наличия воды для топлива. Для моторного и трансмиссионного масел определяют наличие воды, плотности, температуры застывания. Достигается возможность определения показателей топлива и масел за счет установки на машину устройства для определения показателей непосредственно в баках.

Изобретения могут быть использованы в коксохимической промышленности. Способ оценки термопластичности углей или спекающих добавок включает набивку угля или спекающей добавки в емкость с получением образца, размещение слоя набивки из частиц на образце, нагрев образца с поддержанием при этом образца и слоя набивки при постоянном объеме или с приложением постоянной нагрузки на слой набивки, измерение расстояния проникновения, представляющее собой термопластичность угля, на которое расплавленный образец проникает в полости слоя набивки, и оценку термопластичности образца с использованием измеренного значения. Способ получения кокса включает измерение расстояния проникновения, которое представляет собой термопластичность угля, по отношению к углю или углям, которые должны быть добавлены к смеси коксующихся углей и которые имеют логарифмическое значение максимальной текучести по Гизелеру, logMF, не меньше чем 3,0. Определяют отношение смешивания посредством определения пропорций углей, имеющих логарифмическое значение максимальной текучести по Гизелеру, logMF, не меньше чем 3,0, таким образом, чтобы средневзвешенное значение измеренного расстояния или расстояний проникновения было не больше 17 мм. Изобретения позволяют более точно оценить термопластичность угля и спекающей добавки и получить высокопрочный металлургический кокс. 5 н. и 17 з.п. ф-лы, 12 ил., 5 табл., 4 пр.
Наверх