Химмотология. ДВС и переработка нефти

Константин Ефанов Химмотология. ДВС и переработка нефти

Введение

Настоящая монография является дополнительной главой к существующим объемным изданиям по этой теме.

Главный в работе является рассмотрение вопроса влияния процесса сгорания топлива в двигателе на структуру процессов в нефтепереработке и на проектирование нефтеперебатывабщих заводов.

Показано, что для структуры нефтепереработки исходными данными являются характеристики процесса сгорания топлива в двигателе. Это связано с тем, что под нужные свойства необходим соответствующий состав топлива. Под выпуск товарного топлива нужного состава выстраиваются производственные цепочки и процессы на нефтеперабатывающих заводах.

На двигателестроение химмотология влияния практически не оказывает. Автомобильные двигатели внутреннего сгорания проектируются под какой-либо тип топлива, например, бензин. А затем, совершенствуется конструкция двигателя и ужесточаются к требования к его работе в том числе экологические по выбросу в атмосферу продуктов окисления. Это можно увидеть при историческом прочтении развития нефтепереработки. И уже под более жесткие требования к топливам, в нефтепереработке меняются технологические процессы, направленные на его выработку.

Вместе с тем, для обеспечения новых норм по экологии двигателестроение производит новые модели двигателей, работающие на новых топливах с пониженным содержанием серы и тд. Например, стандарты Евро 3, 4, 5…

Влияние конструкций ДВС на применяемые топлива

Бензин впрыскивается в камеру сгорания форсункой с приготовлением топливовоздушной смеси. Испаряемость бензина определяют [1]: углеводородный состав бензиновой фракции, давление насыщенных паров, теплоту испарения, вязкость , теплоемкость, плотность, коэффициент диффузии паров, поверхностное натяжения. Больше всего на испаряемость бензина влияет состав бензиновой фракции и давление насыщенных паров. Испарение и образование паровоздушной смеси необходимо для возможности воспламенения от искры, вырабатываемой свечой.

Все перечисленные параметры определяются для топлива в лабораторных условиях.

Фракционный состав топлива определяет процессы нефтепереработки, используемые для получения бензина [6].

Кроме того, сейчас в проектировании двигателей внутреннего сгорания применяется концепция универсального цилиндра. То есть модуля, являющегося полноценным одноцилиндровым двигателем, сопряжением нескольких таких модулей можно получить, например, рядный четырехцилиндровый двигатель или V-образныйный восьмицилиндровый двигатель.

Для образцов техники, в которых применялись двухтактные двигатели теперь возможно устанавливать четырехтактные двигатели на основе универсального цилиндра и тем самым произойдет изменение в необходимых горюче-смазочных материалах.

Современные двигатели работают с высокой степенью сжатия и для их требуются бензины с высокими октановыми числами. В настоящее время наиболее распространённом является бензин АИ-95.

Октановое число является мерой склонности бензина к сгорания с процессом детонации. Испытывают бензин на октановое число на лабораторной установке, содержащей один цилиндр [1]. Отметим сходство с одноцилиндровым двигателем на основе унифицированного цилиндра. Под бензин подбирают смесь изооктана и гептана. Для изооктана число равно 100, для гептана 0, при смешивании можно получить число 95.

Рассмотрим процесс детонации и влияние на детонации химической структуры углеводородов бензиновой фракции.

При без детонационном сгорании смесь бензина с воздухом равномерно сгорает в камере сгорания двигателя. При детонации часть смеси самовоспламеняется и возникает волна (ударная), распространяющаяся со сверхзвуковой скоростью, то есть со скоростью на порядки выше скорости без детонационного сгорания. При многократном отражении волны от стенок в двигателе слышен характерный стук. В результате снижается ресурс ДВС.