Жидкие топлива. Типы и свойства топочных (котельных) и моторных жидких топлив по ASTM - керосин, дизель и биодизель, мазуты. Типичные плотности, вязкости и высшая теплота сгорания стандартных сортов жидких топлив по ASTM.
Поделиться:
Жидкие топлива. Типы и свойства топочных (котельных) и моторных жидких топлив по ASTM - керосин, дизель и биодизель, мазуты. Типичные плотности, вязкости и высшая теплота сгорания стандартных сортов жидких топлив по ASTM.
Основные жидкие топлива в англо-саксонской традиции классификации (что у нас бензин, керосин, дизель, мазут etc.) делятся на различные топлива для сжигания в топках (топочные масла = fuel oils) и моторные топлива = engine fuels для использования в моторах/двигателях. По состоянию на 2021 год жидкие топлива, за редким исключением, представляют собой смеси углеводородов, получаемых при перегонке сырой нефти. Помимо углеводородов, сырая нефть содержит небольшие количества серы, кислорода, азота, ванадия и других металлов, а также воду + осадок в составе нефтяной эмульсии. Скважинная продукция = скважинная жидкость представляет собой смесь газа, нефти и воды.
Продукты перегонки нефти это как разнообразные топлива, так и прочие продукты. Практически все легкие фракции углеводородов перерабатываются в топлива (такие как СУГ , бензин, керосин, авиатоплива (авиабензины и авиакеросины), дизельные топлива (солярки), легкие мазуты). Тяжелые фракции перерабатываются в тяжелые мазуты, топочные мазуты, масла и смазки, воски-парафины, нефтяной кокс, асфальт). Сырая нефть имеет различный молекулярный состав входящих в нее углеводородов в зависимости от месторождения. Нефти у англосаксов делятся на классы:
Нормы для классификации нефтей, предложенные Горным бюро США = United States Bureau of Mines (USBM) / существовало 1910-1995. Раньше открылось и позже, закрылось, чем СССР, однако :)
Фракция
Плотность
парафинового основания
промежуточного основания
нафтенового основания
250—275 °С (при атмосферном давлении)
< 0,8251
0,8251—0,8597
> 0,8597
275—300 °С (при 5,3 кПа)
< 0,8762
0,8762—0,9334
> 0,9334
После этого, на основе характеристических данных фракций нефть делят еще на семь химических классов:
Химическая классификация нефтей Горного бюро США
Название класса
Основание лёгкой части нефти
Основание тяжёлой части нефти
Парафиновый
Парафиновое
Парафиновое
Парафино-промежуточный
Промежуточное
Промежуточно-парафиновый
Промежуточное
Парафиновое
Промежуточный
Промежуточное
Промежуточно-нафтеновый (асфальтовый)
Нафтеновое
Нафтено (асфальто) -промежуточный
Нафтеновое
Промежуточное
Нафтеновый (асфальтовый)
Нафтеновое
Парафины = алканы, насыщенные углеводороды
Нафтены = циклоалканы, полиметиленовые углеводороды, цикланы, или циклопарафины
а также в настоящее время существует понятие ароматического и нафтено-ароматического классов нефти. Класс нефти по-настоящему влияет на выход тяжелых фракций, а выход светлых нефтепродуктов и топочных мазутов примерно одинаков у всех классов. Справочно: Классификация органических соединений. Углеводороды. Производные углеводородов.
Кинематическая вязкость в Saybolt Second (SSU=SUS) это время, необходимое для протекания (под действием гравитации) 60 мл жидкости через универсальный вискозиметр Сейболта, а мм2/с = 1 стокс - наш любимый.
"Топочные масла" = жидкие котельные топлива, солярки, дизели и биодизель, топочные мазуты = fuel oils. Стандарт ASTM Standard D396. Очень похожи но не на 100% совпадают с моторными топливами с теми же индексами.
Жидкие котельные топлива делятся на дистиллятное котельное или дизельное топливо = дистиллятное нефтяное топливо = дистиллятный газойль / distillate fuel oils (lighter oils) и топочные мазуты / residual fuel oils (heavier oils). Стандарт ASTM Standard D396 определяет различные сорта жидких котельных топлив (сорт, тип = grade).
Сорта Grades No. 1 и 2 это светлые нефтепродукты, легкие дизели; сорт Grade 4 - вязкий дизель, Grade5 (Light-Легкий), 5 (Heavy-Тяжелый), и Grade 6 это мазуты. Спецификации для различных сортов жидких котельных топлив определяются типами горелок, для которых они используются.
Grade No. 1 это довольно летучий газойл - типа авиационного керосина в смеси с другими легкими фракцями, предназначенный для горелок испарительного типа. Данному сорту характерна высокая летучесть при малом количестве осадка при испарении. Данный тип топлива также используется для отопления в коммунальном хозяйстве в регионах с очень холодным климатом в горелках с механическими форсунками = pressure-atomizing burners = gun burners.
Grade No. 2 это дизель, потяжелее и повязче чем "керосин" No. 1, он широко используется для отопления в горелках с механическими форсунками распыляющими топливо в камеру сгорания. Пары распыленного топлива смешиваются с воздухом и сгорают. Этот сорт используется для отопления в большинстве домашних хозяйств и во многих среднего размера коммерческих/промышленных зданиях. A депарафинированный=dewaxed котельный дизель No. 2 с температурой потери текучести = pour point равной –50°C поставляется в районы, где штатный номер дизель No. 2 может превращаться в гель. Дизель grade No. 2- low sulfur ("низкосернистый") это относительно новое топливо с содержанием серы 0.05%. Более низкие содержания серы увеличивают скорость зарастания/засорения теплообменников (Butcher с соавторами 1997).
Grade No. 4 это промежуточный тип топлива, что-то вроде тяжелого дизеля или легкого мазута. Предназначен для использования с горелках, которые могут распылять значительно более вязкое топливо, чем обычные механические, которые применяются в небольших и средних котлах в ИЖС и небольших коммерческих зданиях, но при этом может храниться при относительно низких температурах.
Grade No. 5 (Light-Легкий) этот мазут средней вязкости для горелок, которые могут работать с топливами, более вязкими, чем No. 4 но без предварительного нагрева в обычных условиях. Предварительный нагрев, тем не менее иногда применяется для этого мазута в некоторых типах горелок котлов и теплообменников, и в более холодных климатических условиях, для перегрузки (перевалки) и транспортировки.
Grade No. 5 (Heavy-тяжелый) это мазут, более вязкий, чем No. 5 (Light), но предназначенный для тех же целей. Предварительный нагрев, обычно применяется для этого мазута в горелках, и для перегрузки (перевалки) и транспортировки.
Grade No. 6, иногда называют "Бункерный мазут тип Ц" = Bunker C, это высоковязкий мазут, который применяется в основном в промышленном и коммерческом отоплении. Предварительный нагрев требуется при хранений для перекачки, и еще дополнительный нагрев требуется при сжигании в горелках для обеспечения возможности распыления.
Низкосернистые (малосернистые) мазуты продвигаются сейчас во многих областях применения для того, чтобы позволить потребитялем выполнять законодательство по ограничению выбросов диоксида серы. Эти виды мазутов производятся:
(1) на НПЗ в прецессе гидрообессеривания (hydrodesulfurization), (2) смешиванием высокосернистых мазутов с малосернистыми дизелями, или (3) комбинацией этих методов. Эти мазуты сильно отличаются по характеристикам от обычных мазутов (как обычный результат этого и многих других безумных требований экологов/климатологов, направленных в основном на обеспечение потребности в экологах/климатологах для контроля и регулирования - примечание проекта DPVA). К примеру, соотношение вязкость/температура может быть таким, что малосернистые мазуты соответствует No. 6 в холодном состоянии, и No. 4 в разогретом. Естественно, поэтому у этих топлив свои собственные инструкции по применению, хранению и эксплуатации.
Еще одно жидкое топливо, получающее все больше внимания и применения, это биодизель.Он производится из биоматериалов, таких как растительные масла, использованные пищевые масла и жиры, животные жиры и масла. Стандарт ASTM Standard D6751 посвящен как раз биодизелю; причем требования к нему очень похожи на аналогичные к обычному (нефтяному) дизелю (цетановое число, температура вспышки, и.т.д.; - см. подробнее ниже, в разделе "Типы и свойства жидких моторных топлив по ASTM"). На практике, биодизель для отопления почти исключительно применяется в смеси с нефтяными дизелями по причинам стоимости и низкой текучести 100% биодизеля при низких температурах. Однако, теперь, при усилении давления экологических требований, такие преимущества биодизеля как: низкий показатель нетто-выброса углекислого газа за жизненный цикл этого топлива, низкие показатели выбросов сажи и серы, а также относительно низкие уровни эмиссии NOx в отоплении вполне оправдывают необходимость в смешивании с традиционными углеводородными топливами перед использованием.
Выбор типа топлива для конкретного применения обычно обосновывается соображениями экономической и физической доступности, экологическими требованиями, операционными издержками (подогрев, перекачка, подвоз....) и стоимостью оборудования. Небольшие здания и сооружения не в состоянии окупить процесс подогрева и подготовки мазутов к сжиганию и используют дизели. Крупные и масштабные объекты с высокой потребностью в отоплении не в состоянии окупить высокие цены отопительных дизелей и применяют для отопления как раз мазуты.
Свойства жидких котельных топлив по ASTM
Характеристики, которые определяют классификацию топлив и их применимость, это:
(1) вязкость, (2) температура вспышки, (3) температура потери текучести, (4) содержание влаги и осадка, (5) углеродистый=коксовый осадок, (6) выход шлака или золы, (7) состав и температурный диапазон выделения летучих фракций, (8) плотность, (9) содержание серы, (10) удельная теплота сгорания, (11) углеродно-водородное отношение = показатель C/H (12) содержание ароматических соединений и (13) содержание асфальтенов. Не все эти показатели в реальности учитываются в ASTM Standard D396 - основном стандарте жидких котельных топлив.
Рисунок-диаграмма Примерная вязкость жидких котельных топлив по ASTM: Топочные масла, жидкие котельные топлива, солярки, дизели и биодизель, топочные мазуты:
Вязкость применительно к жидким топливам это мера сопротивления жидкости течению. Это важнейшая характеристика, потому что она показывает, насколько легко топливо течет или перекачивается и насколько легко его распылять. Разница в вязкости вызвана различным составом и разными методами выработки. Приблизительные вязкости жидких котельных топлив в зависимости от температуры представлены на рисунке выше.
Температура вспышки / flash point=flashpoint — наименьшая температура летучего конденсированного вещества, при которой пары над поверхностью вещества способны вспыхивать в воздухе под воздействием источника зажигания, однако устойчивое горение после удаления источника зажигания не возникает. Вспышка — быстрое сгорание смеси паров летучего вещества с воздухом, сопровождающееся кратковременным видимым свечением. Температуру вспышки следует отличать как от :
температуры воспламенения / ignition point=ignition temperature, при которой горючее вещество способно самостоятельно гореть после прекращения действия источника зажигания,
так и от: температуры самовоспламенения / self-ignition point=auto ignition temperature=auto-ignition temperature = selfignition temperature, при которой для инициирования горения или взрыва не требуется внешний источник зажигания.
Температура потери текучести / pour point это минимальная температура при которой топливо можно хранить и переваливать. Топлива с более высокими температурами потери текучести требуют подогрева при работе с ними.
Содержание влаги и осадка в топливе следует минимизировать во избежание засорения оборудования. Осадок забивает сетки фильтров и элементы горелок.
Углеродистый=коксовый осадок (остаток) / carbon residue это остаток, образовавшийся после выпаривания и термического разложения в отсутствии кислорода (пиролиза) углеродсодержащего вещества. Остаток не полностью состоит из углерода, присутствующий в нем кокс может быть преобразован при пиролизе. При сжигании коммерческих топлив в правильных горелках этот остаток практически не коррелирует с нагаром (отложениями сажи), кроме тех случаев, когда нагар вызван использованием горелок с форсунками испарительного типа.
Шлак или зола это негорючая часть жидких топлив. Заметные количества вызывают высокий и быстрый износ насосов горелок.
Определение фракционного состава нефтепродуктов аналитической разгонкой / distillation test показывает летучесть и насколько легко испаряется данное топливо.
Относительная плотность/ relative density это отношение плотности топлива к плотности воды при определённой температурой. Относительные плотности каждого типа топлива имеют некоторый допуск, причем есть некоторое совпадение диапазонов плотностей на границе сортов дизелей и мазутов.
Вопросы предотвращения загрязнения воздуха в основном и определяют существующие разрешенные уровни содержания серы в жидких топливах. Содержание серы обычно ограничивается законодательством с целью уменьшения выбросов оксида серы при сжигании; обычные максимально разрешенные уровни содержания серы это 1.0, 0.5, или 0.3%. В таблице 9 (ниже) показаны разрешенные уровни серы для представленных на рынке сортов жидких котельных топлив. Исследование (Lee с соавторами 2002a, 2002b) показывает, что содержание серы в топливах влияет на содержание серы в отходящих газах, что, в свою очередь, влияет на здоровье населения.
Таблица 9 Содержание серы в жидких котельных топливах по ASTM
Таблица 10 Типичные плотности и высшая теплота сгорания стандартных сортов жидких топлив по ASTM
Grade топлива (тип)
No. 1
No. 2
No. 4
No. 5 (Light)
No. 5 (Heavy)
No. 6
Необходимое число проб
31
61
13
15
16
96
Содержание серы, % по массе
минимум
0,001
0,03
0,46
0,90
0,57
0,32
максимум
0,120
0,50
1,44
3,50
2,92
4,00
среднее
0,023
0,20
0,83
1,46
1,46
1,41
Число образцов с содержанием серы:
свыше 0.3%
0
17
13
15
16
96
свыше 0.5%
0
2
11
15
16
93
свыше 1.0%
0
0
3
9
11
60
свыше 3.0%
0
0
0
2
0
8
Данные для сортов No. 1 и No. 2 из Dickson and Sturm (1994).
Данные для сортов No. 4, 5, и 6 из Shelton (1974).
Grade No.
Плотность, кг/м3
ГДж/м3
1
833 - 800
38.2- 37.0
2
874 - 834
39.5 - 38.2
4
933 - 886
41.3 - 39.9
5L
951 - 921
41.8 - 40.9
5H
968 - 945
42.4 - 41.6
6
1012 - 965
43.5 - 42.2
Дополнительная причина для удаления серы из топлива это тот факт, что компоненты серы в продуктах сгорания весьма коррозионно опасны. Хотя низкотемпературная коррозия может быть минимизирована поддержанием температуры процесса выше точки росы отходящего газа, этот способ минимизирует КПД котельного оборудования. Наличие оксидов серы в отходящих газах является само по себе фактором повышающим температуру точки росы.
Для определенных промышленных применений (таких, как металлообработка и отжиг в пламенной печи, где рабочий процесс идет в зоне горения), наличие серы в в топливе должно быть ограничено из-за пагубного влияния на качество продукции. Содержание серы в жидких котельных топливах показано в Таблице 9 (выше).
Удельная теплота сгорания (теплотворная способность) это важное свойство, хотя ASTM Standard D396 и не включает его в критерии классификации жидких топлив. Таблица 10 содержит соответствие между плотностью и теплотворной способностью. Если же сорт топлива под вопросом, то высшую удельную теплоту сгорания можно посчитать согласно North American Combustion Handbook (1978) как:
Высшая теплота сгорания, МДж/кг = 51.92 – 8.79 *10–6ρ2 , где ρ, естественно, плотность
Дистиляты (Grade 1 и Grade 2) имеют углеродно-водородное отношение = показатель C/H: 84 - 86% углерода, с преобладанием водорода в остатке.
Более тяжелые жидкие топлива (Grade 4, 5, и 6) могут содержать до 88% углерода и всего 11% водорода. Примерная формула для определения содержания водорода в жидких котельных топливах:
Водород, % = 26 – (15 * Относительная плотность)
Стандарт ASTM Standard D396 представляет собой скорее классификацию, чем спецификацию, различая 6 основных непересекающихся сортов коммерческих жидких котельных топлив. Качество сорта не определяется, производители обычно сами определяют его; к примеру, стандарт определяет температуру выкипания 90% для Grade No. 2 максимумом в 338°C, в то время, как на практике она редко превышает 315°C.
Типы и свойства жидких моторных топлив = liquid fuels for engines по ASTM.
Важнейшие топлива для стационарных моторов (двигателей, турбин) это дизели, специальные жидкие топлива для газовых турбин, природные газы, и СУГ (LPG). Следует также упомянуть биогаз, сингаз и другие коммерческие газовые смеси. Бензин и топлива для реактивных двигателей (JP = jet propulsion fuel) редко используется для стационарных двигателей. В данном разделе рассматриваются только дизели и жидкие топлива для газовых турбин свойства газов и сжиженных газов рассматриваются в разделе: Газовые топлива, газообразные топлива. Свойства современных коммерческих бензинов описываются в стандарте ASTM Standard D4814. Свойства современных моторных дизелей (1-D, 2-D, и 4D) опистаны в стандарте ASTM Standard D975.
Grade No. 1-D включает в себя класс летучих топлив от керосина (kerosene) до следующих промежуточных фракций. Эти типы топлив используются в высокооборотных двигателях c частыми и относительно широкими вариациями в нагрузках и скоростях, а также там, где следует учитывать возможность работы при необычно низких температурах топлива.
Grade No. 2-D класс жидких, но практически нелетучих дизелей. Они используются в высокооборотных двигателях с относительно высокими нагрузками при постоянных скоростях работы, или тогда, когда высокая летучесть и низкая вязкость сортов Grade No. 1-D не требуется.
Grade No. 4-D включает в себя более вязкие дизели и их смеси с мазутами. Используются в моторах с низкими и средними скоростями вращения, при стабильных нагрузках при практически постоянных скоростях вращения.
Технические характеристики жидких моторых топлив No. 1-D, 2-D, и 4-D практически такие же, как и у No. 1, 2, и 4 жидких котельных топлив, соответственно по по номерам. Однако дизельные моторные топлива имеют дополнительную характеристику - цетановое число (cetane number), определяющее качество воспламенения и сильно влияющее на длительность процесса воспламенения. Требования к цетановому числу определяются конструкцией двигателя, размером, нагрузками, скоростью вращения условиями запуска и окружающей среды. Повышение цетанового числа выше уровней, которые действительно требуются, никак не улучшает производительность, КПД и/или надежность мотора. Т.о при выборе топлива следует выбирать сорт с наименьшим подходящим цетановым числом. Методы определения (оценки) цетанового числа на основе других свойств топлив приводятся в стандарте ASTM Standard D975.
Стандарт ASTM Standard D2880 разделяет жидкие топлива для газовых турбин на легкие = "fuel" и дизельные = "diesel fuel". Тестовые методы для определения сортов жидких топлив для газовых турбин в основном идентичны таковым для жидких котельных топлив. Однако требования к топливам для турбин значительно строже в части содержания загрязнений, для защиты элементов турбин от коррозии. Для более подробного знакомства с топливами для газовых турбин и сгорании топлив в газовых турбинах см. главы 5 и 9 в Hazard (1971).
Таблица синонимичных названий различных жидких котельных и моторных топлив США и Канады / Table of fuel&engine fuel oils
Название
Синоним
Синоним
Синоним
Синоним
Синоним
Тип
Длина цепи линейной макромолекулы
No. 1 fuel oil
No. 1 distillate
No. 1 diesel fuel
Kerosene
Jet fuel
-
Дистилят = продукт перегонки / Distillate
9-16
No. 2 fuel oil
No. 2 distillate
No. 2 diesel fuel
Road diesel
Rail diesel
Marine gas oil
Дистилят = продукт перегонки /Distillate
10-20
No. 3 fuel oil
No. 3 distillate
No. 3 diesel fuel
Marine diesel oil
-
-
Дистилят = продукт перегонки /Distillate
-
No. 4 fuel oil
No. 4 distillate
No. 4 residual fuel oil
Bunker A
Intermediate fuel oil
-
Дистилят = продукт перегонки /Distillate и Остаточное топливо = мазут/Residual
12-70
No. 5 fuel oil
No. 5 residual fuel oil
Bunker B
Navy special fuel oil
Heavy fuel oil
Furnace fuel oil
Остаточное топливо = мазут/Residual
12-70
No. 6 fuel oil
No. 6 residual fuel oil
Bunker C
Marine fuel oil
Heavy fuel oil
Furnace fuel oil
Остаточное топливо = мазут/Residual
20-70
Данные - в основном, но не только:
2017 ANSI/ASHRAE Handbook-Fundamentals (SI=СИ)
Butcher, T.A., S.W. Lee, Y. Celebi, and W. Litzke. 1997. Fouling of heattransfer surfaces in oil-fired boilers for domestic heating. Journal of the Institute of Energy 70:151-159.
Lee, S.W., I. He, T. Herage, V. Razbin, E. Kelly, and B. Young. 2002a. Influence of fuel sulphur in particulate emissions from pilot-scale research furnaces. Natural Resources Canada. CETC 02-08 (CF).
Lee, S.W., I. He, T. Herage, B. Young, and E. Kelly. 2002b. Fuel sulphur effects on particulate emissions from oil combustion systems under accelerated laboratory conditions. Natural Resources Canada. CETC 02-09 (CF).
Dickson, C.L., and G.P. Sturm, Jr. 1994. Heating oils. National Institute for Petroleum and Energy Research, Bartlesville, OK.
Shelton, E.M. 1974. Burner oil fuels. Petroleum Products Survey 86. U.S. Bureau of Mines, Washington, D.C.
Hazard, H.R. 1971. Gas turbine fuels. In Gas turbine handbook. Gas Turbine Publications, Stamford, CT
Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:
Дополнительная информация от Инженерного cправочника DPVA, а именно - другие подразделы данного раздела:
Вы сейчас здесь: Жидкие топлива. Типы и свойства топочных (котельных) и моторных жидких топлив по ASTM - керосин, дизель и биодизель, мазуты. Типичные плотности, вязкости и высшая теплота сгорания стандартных сортов жидких топлив по ASTM.
Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:|
Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста.
Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.
Консультации и техническая поддержка сайта: Zavarka Team
Проект является некоммерческим. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса.
Free xml sitemap generator