Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti NAFTA.

Prezentace na téma: "Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti NAFTA."— Transkript prezentace:

1 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti NAFTA

2 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti -směs kapalných uhlovodíků s 10 až 22 uhlíky v řetězci (n-alkany, izoalkany, alkeny, naftaleny, aromáty) -hlavní surovinou pro její výrobu je ropa, která se v rafinériích zpracovává destilací ve dvou stupních -nejdříve probíhá destilace atmosférická, její zbytek (mazut) lze pak dále zpracovávat destilací za sníženého tlaku (vakua) -produkty destilace jsou uhlovodíkové směsi, lišící se rozmezím bodu varu -nejdříve se vydestilují nejlehčí nízkovroucí frakce s malou specifickou hmotností, poté frakce střední a na ně navazují nejtěžší frakce (vysokovroucí s vyšší specifickou hmotností). [1]

3 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti VZNĚTOVÉ MOTORY -pohonné jednotky těžších nákladních vozů, zemědělských traktorů, stavebních a zemních strojů, výhradní pohonnou jednotkou v motorové trakci kolejové -příčinou rozšíření vznětového motoru v dopravě je jeho větší tepelná účinnost, zvláště při částečném zatížení a z toho plynoucí menší cestovní spotřeba v porovnání s motorem zážehovým -v Evropě více než polovina nákladních vozidel s naftovým pohonem -v ČR veškerá nákladní doprava spotřebovává motorovou naftu -nevýhodný poměr ve spotřebě nafty vzhledem k benzinu (nepříznivé důsledky jak pro jakost nafty, tak pro ekonomické zpracování ropy)

4 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti -vznětový motor (také Dieselův motor - Rudolf Diesel, nar. 18.3.1858, zemřel 30.9.1913) je spalovací motor charakterizovaný tím, že ke spálení paliva ve spalovacím motoru dochází jeho vstříknutím do komprimovaného horkého vzduchu, v němž palivo vzplane samo bez nutnosti cizího zdroje -užitečný výkon je řízen kvalitativně, tedy přes obsah paliva ve směsi palivo : vzduch řízením vstřikované dávky paliva ve vstřikovacím zařízení [2][2]

5 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti -vznětové motory pracují obvykle s přebytkem vzduchu -stechiometrický směšovací poměr činí cca 14,5 kg vzduchu na 1 kg paliva (λ =1), tedy k úplnému spálení 1 kg paliva je zapotřebí 14,5 kg vzduchu -pokud λ je okolo 1,4; tzv. mez kouření vznětových motorů; nastává nerovnoměrné tvoření směsi teprve ve válci -během spalování tak existuje částečně nedostatek vzduchu a částečně nedostatek paliva (nehomogenní směs). Při plném zatížení vznětového motoru je směs obohacena až na mez kouření, při chodu naprázdno s mimořádně chudou směsí je hodnota λ je okolo 3,4.

6 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti PRACOVNÍ FÁZE VZNĚTOVÉHO MOTORU SÁNÍ:při pohybu pístu z horní úvratě (HÚ) do dolní (DÚ) při otevřeném sacím ventilu a uzavřeném výfukovém ventilu, do válce se nasává čistý vzduch, který prošel čističem vzduchu, aby se zbavil nečistot KOMPRESE: začíná v DÚ, tedy při pohybu pístu vzhůru, a končí, když je píst v (HÚ), oba ventily jsou přitom zavřeny. Nasátý vzduch se stlačuje v poměru 14:1 až 24:1, odpovídající tlaku na konci doby stlačování 3 až 6 MPa. Stlačením se vzduch ohřeje na teplotu 600 až 800 °C. [3][3]

7 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti EXPANZE: nastává krátce po vstříknutí přesné dávky paliva do válce těsně před HÚ při zavřených ventilech. Vstřikuje se s přetlakem 11,5 až 19,5 MPa. U některých vstřikovacích soustav dosahují tlaky až 180 MPa. Palivo rozprášené v proudu horkého vzduchu vytvoří zápalnou směs, která se téměř okamžitě začne vzněcovat. Hořením paliva prudce vzroste tlak plynů a píst je stlačován do dolní úvratě. Proto je tato doba pracovní. Při hoření stoupne tlak ve válci na 6 až 9 MPa a teplota se zvýší až na 1 800 až 2 200 °C. VÝFUK: začíná v DÚ a končí v HÚ. Při otevřeném výfuko­vém ventilu odcházejí zplodiny hoření do výfukového potrubí a dále do ovzduší. Pracovní oběh čtyřdobého vznětového motoru proběhne za dvě otáčky klikového hřídele a potom se znovu opakuje.

8 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti FÁZE SPALOVACÍHO PROCESU 1) Fáze fyzikální -čistý vzduch je komprimován ve spalovacím prostoru na tlak 3,0 až 5,5 MPa, čemuž odpovídá kompresní teplota 700 - 900°C, částečky paliva vstříknuté do kompresního prostoru hned odpaří -vznícení směsi vzduchu a paliva proběhne tím rychleji, čím jsou kapénky paliva menší (mají větší povrch a snadněji se odpaří, záleží na paprsku vstříknutého paliva) -reakce je endotermická

9 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti 2) Fáze chemická -odpařené podíly vstříknutého paliva se smísí s horkým komprimovaným vzduchem a dochází k chemickým přeměnám, při níž probíhá řada reakcí - nejprve destrukční (v podstatě se jedná o bleskové mikrokrakování) a na ně bezprostředně navazující oxidační chemické reakce -reakční doba těchto reakcí je přibližně jedna milisekunda a jsou endotermické Prodleva vznětu (nebo také průtah vznícení) -doba, kterou potřebuje vstříknuté palivo k absolvování prvních dvou etap (fyzikální a chemické) -časový průběh prodlevy je velmi důležitý pro chod motoru, vstřikuje-li se palivo příliš brzo (velký předvstřik), setkává se ještě s chladnějším vzduchem málo komprimovaným, pak se prodleva nutně prodlužuje a je-li příliš dlouhá (např. 2 milisekundy), nastává u vznětového motoru jevy obdobné klepání zážehového motoru označované jako tzv. tvrdý chod

10 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti 3) Fáze plamenové oxidace -nastává vznícení směsi a hoření, a sice detonační hoření probíhající v celém prostoru najednou -reakce je exotermická, uvolní se celá tepelná energie paliva, která stačí nejen „uživit“ předchozí dvě reakce, ale dát i do pohybu celý mechanismus motoru U vznětového motoru se nasátý vzduch v průběhu komprese vtlačuje do spalovacího prostoru a těsně před horní úvratí se do něho vstřikuje palivo. Tvar spalovacího prostoru i způsob vstřikování paliva má rozhodující vliv na chod motoru.

11 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti ROZDELENÍ VZNĚTOVÝCH MOTORŮ DLE ZPŮSOBU VSTŘIKOVÁNÍ Motory s přímým vstřikem paliva (DI - Direct Injection) -palivo se tryskou vstřikuje do otevřeného spalovacího prostoru nad píst válce (příp. do dutiny v hlavě válce) nebo do prostoru ve dnu pístu -motory s přímým vstřikem se vyznačují tvrdším chodem a všeobecně vyšší hlučností Motory s nepřímým vstřikováním paliva (IDI - Indirect Injection) -palivo je vstřikováno do zvláštní spalovací komůrky (komůrkové motory), kde shoří jen část paliva, tím se v ní zvýší tlak a zbývající palivo je prudce vytlačeno do pracovního prostoru válce, kde se spalování dokončí -spalování paliva je rozloženo na spalování v komůrce a spalování v prostoru válce -pro tento typ motorů je charakteristický měkký a tišší chod.

12 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti ROZDELENÍ VZNĚTOVÝCH MOTORŮ DLE ZPŮSOBU VSTŘIKOVÁNÍ Podle stupně rozvíření vzduchu : a) spalovací prostory s přímým vstřikem paliva s malým rozvířením vzduchu, b) spalovací prostory s přímým vstřikem paliva a se silným rozvířením vzduchu a) polokulovitý, b) miskovitý, c) prstencovitý, d) kulovitý

13 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Přemístěním vzduchu z válce do komůrky a přechodem směsi v opačném směru vzniká silné víření, které účinně napomáhá promísení paliva se vzduchem, a tím i dokonalejšímu spalování. Motory s tlakovou komůrkou -vytvoření kvalitní směsi záleží na rozvíření vzduchu, který proudí spojovacím kanálem mezi hlavním a vedlejším prostorem -po vstřiku paliva do komůrky a po promísení se vzduchem začne spalování -zvýšením tlaku se vytlačí část směsi do hlavního prostoru, v němž se rozvířením dokončí příprava směsi v nadbytku vzduchu a rozvine se hoření -motory nejsou tolik náročné na vstřikovací zařízení

14 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Motory s vírovou komůrkou -palivo se do vírové komůrky vstřikuje obyčejně shora -spojovací kanál je ke stěně vírové komůrky směrován tangenciálně, dochází k dobrému rozvíření vzduchu (rotační vír) a rychlému promísení s palivem -za rychlého růstu tlaku se dostane do hlavního spalovacího prostoru, v němž se dokonale promíchá se zbývajícím vzduchem a shoří Motory se vzduchovou komůrkou -motory mají větší část spalovacího prostoru mimo válec ve vzduchové komůrce, která je v hlavě válce a pojme téměř veškerý nasátý vzduch -s prostorem válce se spojuje jedním spojovacím kanálem či několika otvory -palivo se vstřikuje do spojovacího kanálu nebo do jeho blízkostí

15 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti DRUHY MOTOROVÉ NAFTY Nafty pro mírné klima Nafty pro arktické klima

16 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti -v ČR se používají nafty pro mírné klima (výjimečně arktických používaných v severských zemích -zimní nafty třídy F používané v ČR musejí mít TVP maximálně - 8 °C a CFPP maximálně - 20 °C, k čerpacím stanicím jsou tyto nafty dodávány od 16. listopadu do konce února letní nafty třídy B mají CFPP maximálně 0 °C, u čerpacích stanic jsou od 15. dubna do 30. září přechodné nafty třídy D mají CFPP maximálně - 10 °C, u čerpacích stanic jsou distribuovány ve zbylém období.

17 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti ČSN EN 590 (červenec 2010) PARAMETRY NAFTY Cetanové číslo -charakterizuje schopnost nafty ke vzněcování neboli její reaktivitu -projevuje se prodlevou mezi vstřikem paliva do válce a nárůstem tlaku ve válci, po vznícení směsi, na maximální hodnotu -čím větší je reaktivita paliva, tím je pravidelnější a dokonalejší jeho spalování a následně i chod motoru [4][4]

18 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti -nízké cetanové číslo má negativní vliv na emise zejména při studeném startu, kdy se v motoru nevytvoří dostatečná teplota k prohoření celé dávky paliva (výsledkem je zvýšený obsah CO a nespálených a částečně zoxidovaných uhlovodíků, bílý kouř) -nízké cetanové číslo znamená i tvrdý chod motoru a jím způsobený hluk -emise zahřátého nebo zatíženého motoru nejsou na cetanovém čísle příliš závislé -zvýšením cetanového čísla se zkracuje délka okamžiku zpoždění zážehu -cetanové číslo bylo dříve opomíjeným parametrem motorové nafty, neboť u pomaloběžných dieselových motorů se reaktivita nafty neměla možnost nějak výrazně uplatnit.

19 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti -s příchodem rychloběžných naftových motorů došlo k nárůstu požadavků na cetanové číslo -největší cetanové číslo mají n-alkany (parafíny), u nichž číslo dále roste s délkou řetězce -cetanové číslo klesá od n-alkanů po aromáty, závisí na počtu substituentů, jejich délce, rozvětvení, poloze dvojné vazby atd. -čím rozvětvenější jsou uhlovodíkové řetězce, tím mají nižší cetanové číslo -středně velké cetanové číslo představují cykloalkany a alkylbenzeny, nejnižší cetanové číslo je u alkylnaftalenů.

20 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti -hodnota cetanového čísla motorové nafty se zjišťuje na zkušebním motoru s proměnným kompresním poměrem při normalizovaných zkušebních podmínkách -při zkoušce se postupně zvyšuje kompresní poměr a zjišťuje se nejmenší kompresní poměr, při kterém nedochází k vynechávání motoru -zkoušený vzorek se pak porovnává s dvěma referenčními vzorky - cetanem (n-hexadekan C 16 H 34 ) s cetanovým číslem 100 (výbornou schopnost vznícení) a 1-methylnaftalenem o cetanovém čísle 0 (velmi špatná schopnost vznícení) -cetanové číslo je bezrozměrné, jeho hodnota odpovídá procentuelnímu objemovému zastoupení „stoprocentního“ vzorku v roztoku se vzorkem „nulaprocentním“ -udává objemové procento cetanu v takové jeho směsi s 1-methylnaftalenem, která se chová ve zkušebním motoru za stejných podmínek stejně jako zkoušené palivo -jelikož zkouška na motoru je poměrně náročná, byl později zaveden jako charakteristika schopnosti vznícení cetanový index

21 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Cetanový index -je možné stanovit na základě výpočtu z výsledků laboratorních zkoušek hustoty a destilace (hodnoty teplot, při kterých se předestilovalo 10 %, 50 % a 90 % zkoušeného paliva -cetanový index nevychází u téhož paliva stejný jako cetanové číslo, prakticky je vždy o několik jednotek nižší -pro hodnocení schopnosti vznícení lze také použít Dieselův index, který je možné vypočítat z hustoty a anilinového bodu. Jedná se o číslo, jímž se především v SRN podobně jako cetanovým číslem označuje reaktivita nafty -mezi cetanovým číslem a dieselovým indexem je vztah: CČ = 12,9 + 0,66.DI -tvrdý chod naftového motoru je jev podobný klepání benzinového motoru, vliv všech okolností je však protichůdný -alkany v palivu se vyznačují malým OČ a vynikají velkým CČ -mezi cetanovým číslem a oktanového čísla je vztah: CČ = 60 – 0,5.OČ

22 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti -minimální hranice CČ pro studený start je 40 jednotek -pro snadný studený start nad 50 jednotek -výkon motoru cetanovým číslem není ovlivněn -palivo s menším cetanovým číslem má však zpravidla větší hustotu, a tedy také větší objemovou výhřevnost -požadavky na zvyšování cetanového čísla rostou se zpřísňujícími se emisními limity vznětových motorů -v budoucnu se počítá, že by hodnota cetanového čísla měla být minimálně 56 jednotek.

23 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Hustota -dána především obsahem aromátů -ovlivňuje výhřevnost paliva, která souvisí s typem uhlovodíků -norma udává rozmezí pro hustotu nafty 820 až 845 kg/m 3 -hustota nafty je menší než hustota vody, proto se případná volná voda shromažďuje na dně nádrže -má také komerční význam při dodávkách paliva, kde se používá k přepočtům objem - hmotnost a naopak -slouží i k výpočtu cetanového indexu a dá se z něj také usuzovat přibližné složení nafty -jestliže je hodnota hustoty příliš vysoká, může být nafta znečištěna výševroucími složkami (např. topný olej) -nafta s nízkou hustotou může obsahovat podíl nízkovroucích složek (např. benzin) -měření hustoty se provádí ponornými hustoměry nebo elektronickými přístroji a dále se přepočítává na normou danou teplotu 15 °C, neboť s rostoucí teplotou hustota nafty klesá

24 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Hustota odlišná od normy má vliv na: 1) Výkon motoru -vliv hustoty nafty na výkon motoru vyplývá z faktu, že vstřikovací čerpadlo pracuje objemově, a tedy i množství vstříknutého paliva roste s jeho měrnou hmotností -udává se, že se vzrůstem hustoty o 0,01 g na 1 ml nafty vzroste výkon motoru o 0,4 % až 1,6 % -měrná spotřeba paliva se vzrůstající hustotou klesá. 2) Poškození pohyblivých součástí palivové soustavy -hrozí, pokud hustota nafty kolem spodní hranice dané normou, společně s nízkou viskozitou -na pohyblivých součástech se pak nevytváří mazací vrstvička a dochází k jejich nadměrnému opotřebení.

25 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti 3) Zhoršení emisí motoru. -při vysoké hustotě nafty se zhoršuje tvorba směsi kvůli nedostatečné atomizaci paliva -kapičky paliva ohoří pouze na povrchu a dochází tak k nedokonalému spalování -v emisích roste podíl nespálených uhlovodíků, sazí a oxidu uhelnatého, což se navenek projevuje zejména při akceleračním režimu a režimu plného výkonu jako zvýšená kouřivost motoru (černý kouř). 4) Vliv na reaktivitu motorové nafty [5][5]

26 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Bod vzplanutí -jedním z nejčastěji sledovaných jakostních parametrů a slouží obecně u hořlavých kapalin k jejich zařazení do třídy nebezpečnosti minimální hodnota bodu vzplanutí je výše než 55 °C a tím je i nafta zařazena jako hořlaviny 3. třídy -hodnoty bodu vzplanutí motorové nafty se obvykle pohybují mezi 58 a 75 °C -bod vzplanutí zimních naft je nižší než u tříd letních -jestliže je hodnota nižší než 55°C, znamená to většinou přítomnost benzinu, jenž má bod vzplanutí již hluboko pod 0 °C -k výraznému snížení bodu vzplanutí u nafty postačí pouze jeho malá příměs (1 % benzinu je nevyhovující) -větší příměsi benzinu již znatelně ohrožují mazací schopnost nafty a nafta se tak stává hořlavinou 2., nebo 1. třídy -k přimíchání benzinu dochází zpravidla při transportu pohonných hmot (cisterna se zbytkem benzinu je použita na naftu)

27 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

28 Obsah síry -obsah síry v motorových naftách je normou limitován na 10 mg/kg nafty -nafty s obsahem síry pod 10 mg síry na 1 kg nafty dříve označovány jako „bezsirné“ (zkratka SF - sulphur free) -hodnota je stejná jako u benzinů, důvod této regulace je snižování emisí a odstranění korozivních účinků paliv obsahujících síru -hlavní příčinou škodlivosti síry je tvorba síranového jádra částic produkovaných v emisích naftových motorů, které jsou nositeli nejkancerogennějšího podílu kouřových částic: polyaromatických uhlovodíků označovaných mezinárodně jako PAH -dále poškozuje katalyzátory a filtry pevných částic -v případě sírou způsobované koroze rozlišujeme dva typy: studenou a teplou

29 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Studená koroze je způsobena aktivními sloučeninami síry (odstraňovány v rafinériích). Teplá koroze vzniká působením sirných produktů spalování, které po sloučení s vodou vytvářejí korozivní kyseliny. -negativní důsledky snižování obsahu síry, což je hlavně snižování mazacích schopností nafty, jsou plnohodnotně kompenzovány přidáváním aditiv zvyšující mazivost [6][6]

30 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Destilační křivka -dominantní test, který je nutné provézt vždy při posuzování kvality -aby palivo ve válci shořelo, je zapotřebí jeho vypaření a smísení se vzduchem -dostatečně jemné rozprášení paliva při vstřiku (malé kapičky mají větší celkový povrch a vyšší rychlost odpařování), ale také určitý podíl lehce odpařitelných složek -palivo by mělo mít co nejlepší složení, a také by nemělo docházet k jeho příliš rychlému vypaření po vstřiku do válce a tedy nepravidelnému chodu -nafta musí být tedy dostatečně lehká, aby se postupně vypařila všechna (nebo téměř všechna) počínaje nejlehčími podíly a zároveň pravidelně, aby spalování bylo rovnoměrné -současně by měla obsahovat těžší složky, které se odpaří postupně během kompresního zdvihu, kdy ochlazují stěny spalovacího prostoru.

31 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti -uhlovodíky v naftách destilují od cca 150 °C do cca 360 °C. Začátek destilace - obvykle se nepředepisuje a řídí se požadavkem na bod vzplanutí Normou je dán objemový podíl nafty, který se musí předestilovat při 250 °C ( 85 % objemu) a maximální teplota (360 °C), při které musí být předestilováno 95 % objemu vzorku. Tato hodnota představuje prakticky konec destilace -sestrojením destilační křivky získáme obraz převládající frakce a lze již blíže určit přítomnost výševroucích nebo níževroucích podílů Padesátiprocentní bod -T 50 (padesátiprocentní bod) představuje hodnotu teploty, při které předestiluje 50 % paliva označovaná jako „teplota středního bodu varu“ -u letní motorové nafty by neměl přesáhnout 300 °C, ideální je, když se tato hodnota pohybuje mezi 275 až 290 °C

32 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Teplota konce destilace -T 95 nemá překročit teplotu 370 °C -vysoké teploty padesátiprocentního bodu a konce destilace vždy indikují „těžké nafty“, se kterými je možné se setkat častěji u letních naft. Mají za následek nepříjemně vysoké emise, tvorbu kouře při režimu akceleračním a režimu plného kroutícího režimu. -každé zvýšení středního bodu varu nafty o 30 °C má za následek zvýšení množství vzduchu pro úplné spálení o 12 %, pokud tomu tak není, zvyšuje se produkce škodlivých emisí a kouřivost, narůstá i obsah karbonu v motorovém oleji a je příčinou buď dřívější výměny anebo při ignoraci této skutečnosti vznik „bore-polishingu“ (leštění vývrtu válců v důsledku abrazivního působení karbonového povlaku na pístové skupině) -jestliže nafta naopak obsahuje příliš „lehkých složek“, hrozí poškození pohyblivých součástí palivové soustavy. Taková nafta má výrazně zhoršené mazací schopnosti. Na pohyblivých součástech se pak nevytvoří mazací vrstvička a dochází k jejich nadměrnému opotřebení.

33 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Chladové parametry motorové nafty -chladové parametry se zjišťují definovaným chlazením vzorku nafty v přístroji, kde nafta periodicky prochází soustavou sítek -vyloučené parafíny postupně sítka ucpávají a zvětšují rozdíl tlaků před a za sítky -teplota, při které se dosáhne určitého daného rozdílu tlaků, je hledaná teplota ztráty filtrovatelnosti -podle chladových parametrů se rozlišují druhy prodávaných naft a jsou rozhodující pro použití a provozuschopnost nafty v zimním období -parafíny (n-alkany) jsou pevné látky za normálních podmínek rozpuštěné v naftě, s klesající teplotou se však začínají vracet zpět do tuhého stavu a znemožňují dopravu paliva k motoru.

34 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Pro posuzování chladových parametrů se sledují tři základní teploty: Bod zákalu (Cloud Point), neboli teplota vylučování parafínu (TVP), představuje teplotu, kdy nafta začíná bělet, ale stále je plně čerpatelná, dopravitelná, filtrovatelná a vstřikovatelná. Množství tuhých parafinických krystalů však s klesající teplotou postupně vzrůstá a hromadí se v palivovém filtru. Ztráta filtrovatelnosti, neboli teplota ucpání studeného čističe (CFPP z anglického Cold Filter Plugging Point). Po dosažení této teploty je sice nafta čerpatelná a je možné nastartování motoru, ten ovšem po chvíli zhasne, neboť se na filtru vytvoří tak silná vrstva ztuhlých parafinů, jelikož kapalný podíl nafty neprochází v dostatečné míře. Teplota ztráty filtrovatelnosti je nejdůležitějším chladovým parametrem a zhruba určuje teplotu, do které je nafta použitelná. Bod tuhnutí. Při dosažení bodu tuhnutí motorové nafty již není nafta ani dopravitelná, ani čerpatelná, ani vstřikovatelná, neboť ztuhne v gelovitou hmotu.

35 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Karbonizační zbytek -karbonizační zbytek vyjadřuje sklon nafty k tvoření úsad (karbonu) ve spalovacím prostoru a přilehlých částech motoru -vzniká při karbonizaci (ohřívání nafty bez přístupu vzduchu) -zásluhu na tvorbě karbonu mají především „těžké“ nafty, u kterých střední bod varu dosahuje, nebo dokonce přesahuje, 300 °C. Mikrokapičky takové nafty se nikdy zcela neodpaří a ohoří jen na povrchu. Vnitřek kapičky je vystaven zvýšené teplotě, neshoří však dokonale kvůli nedostatku vzdušného kyslíku. Uvnitř kapky se vytváří pyroreakcemi látky typu „SOF“ (solid organic fraction). Množství těchto látek záleží také na typu nafty a velikosti kapky -větší sklon k tvorbě karbonu mají nafty s obsahem aromátů a olefinů - zakarbonizováním trpí zejména přehřáté trysky, kde je palivo vystaveno v tenké vrstvě vysokým teplotám

36 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti -maximální množství udávané normou je 0,3 % karbonizačního zbytku vztaženo na 10 % podíl po destilaci nafty -nepříznivé důsledky tvorby karbonu je zmenšování spalovacího prostoru motoru spojené s růstem kompresního poměru způsobující nahromadění úsad a nedokonalá tvorba směsi působená zakarbonovanou vstřikovací tryskou -pyrorekcemi jsou postihovány zejména právě přehřáté trysky, kde je palivo vystaveno v tenké vrstvě vysokým teplotám. Vzniká nejprve drobná karbonová pecička, jejíž velikost postupně s provozní teplotou narůstá až dosáhne velikosti, která znemožňuje tvorbu kužele s dokonale dispergovaným palivem

37 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Obsah vody -vodu v motorové naftě rozdělujeme na takzvanou vodu volnou a vodu vázanou -volná voda se odděluje od nafty jako nerozpustná, dobře viditelná vrstva nebo kapky (je příčinou koroze a možného zadření pohyblivých částí v palivových cestách) -má větší hustotu, a proto se volná voda shromažďuje na dně nádrží -vázaná voda představuje menší množství, které je v naftě rozpuštěné a pohledem je rozpoznatelné pouze jako mírný zákal -rozpustnost vody se dále podstatně snižuje s poklesem teplot -maximální normou povolený podíl vázané vody je 200 ppm v palivu odebraném přímo z rafinérie -voda se do paliva dostává nejčastěji v palivových nádržích automobilů, které není možné vzduchotěsně uzavřít, a proto obsah vody souvisí i s venkovní atmosférou. Do nádrže se dostává vyprazdňováním paliva venkovní vzdušná vlhkost, která střídáním nočních a denních teplot kondenzuje, tedy denně přibude byť malé množství na dno nádrže.

38 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Voda v palivu způsobuje: 1) Korozi palivové soustavy, její ucpávání a zanášení produkty koroze. 2) Může způsobit vysazení motoru v důsledku nasátí vody do palivového systému. 3) Poškození pohyblivých částí palivového systému tím, že nejsou dostatečně mazány. -voda může do paliva proniknout i při přepravě, například netěsností železničních cisteren -zejména u negarážovaných vozidel je vhodné udržovat plnou nádrž paliva -dalším vhodným opatřením je občasná aplikace odvodňovacího přípravku. Tyto přípravky (například Velfobin) většinou osahují izopropylalkohol, který vytvoří z volné vody a paliva homogenní směs.

39 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Obsah mechanických nečistot -nadměrná koncentrace mechanických nečistot také značně urychluje opotřebení motoru a pohyblivých částí palivové soustavy -nečistoty se do paliva mohou dostávat například natankováním u čerpací stanice či vlivem netěsnosti zátky nádrže -nevhodné je i skladování ve starých pozinkovaných sudech, jejichž zátky nejsou hermeticky uzavřené -obsah nečistot se testuje membránovou filtrací. Při této zkoušce je možné zachytit částice ve velikostech od 0,8 µm. -před mechanickými nečistotami musí být účinně chráněny všechny typy vstřikovacích soustav, což vyžaduje přítomnost palivových filtrů a jejich pravidelnou výměnu.

40 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti -při skladování dochází někdy, hlavně u čerstvých naft, k tvorbě pryskyřic a kalů, proto by měla být nafta při každém přečerpávání filtrována -normou povolené množství nečistot je 24 mg na 1 kg nafty -ačkoliv je celkový obsah přísně limitován, filtry paliva a filtrační vložky náleží do příslušenství automobilu, které po určité době ztrácí funkční schopnost, proto vyžaduje periodickou výměnu, aby nedocházelo ke ztrátám výkonu při plném zatížení vlivem zanesení. [7][7]

41 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Viskozita -představuje míru tekutosti motorové nafty a má určitý vliv na její mazivost -nafta s nízkou viskozitou neulpívá na pohyblivých součástech palivového systému, snižuje se mazivost a zvyšuje tak jejich opotřebení a hrozí zadření -má významný vliv na velikost kapiček paliva vstřikovaného do válce -nízká viskozita má pozitivní vliv na tvorbu aerosolu při vstřikování nafty do spalovacího prostoru -vysoká viskozita nedosahuje dokonalého rozptýlení, může vést i ke zhoršení čerpatelnosti nafty a zhoršenému průchodu filtry -příliš viskózní nafta je také příčinou tvorby karbonu, jelikož se ve válci nevytvoří dostatečně jemný aerosol -větší odchylka viskozity od vyšších hodnot může v nízkotlakých systémech vstřikování způsobovat horší spalování s následkem ztráty výkonu, zvýšení spotřeby paliva a nárůstu škodlivých emisí.

42 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti MEZNÍ VISKOZITA je viskozita, při níž již čerpadlo nestačí dodávat dostatek paliva a výkon motoru poklesne pod normální hodnotu. Dosažení mezní viskozity je neobvyklé. Zpravidla se ještě před jejím dosažením začne nafta zakalovat vyloučenými pevnými podíly, čili dosáhne bodu zákalu. Mezní viskozita je závislá na konstrukcí vstřikovacího čerpadla. Normou dané rozmezí viskozity je 2 až 4,5 mm 2 /s při 40 °C. [8][8]

43 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Oxidační stálost -vyjadřuje odolnost nafty proti chemickým změnám doprovázeným tvorbou úsad při dlouhodobém skladování a při vystavení zvýšeným teplotám -v souvislosti s ohřevem nafty v částech vstřikovací soustavy situovaných uvnitř motoru, konkrétně systémy Common Rail a Pumpe – Düse, až na teploty okolo 100 °C, je nutné, aby nevznikaly úsady či pryskyřičné lepivé látky, které by mohly omezovat pohyb mechanických částí palivové soustavy, pístů, zpětných ventilů a jehel trysek -zkouška oxidační stability se zjišťuje normovaným způsobem, kdy je vzorek nafty vystaven po určitou dobu za zvýšené teploty působení kyslíku. Při zkoušce se měří množství pevných nerozpustných oxidačních produktů, které se během zkoušky vytvoří. -požadavek je, aby po oxidaci při 95 °C nevniklo více než 25 mg úsad na litr motorové nafty.

44 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Mazivost -představuje důležitou vlastnost motorové nafty nutnou z hlediska zabezpečení bezchybné funkce palivových čerpadel a vstřikovačů -značně závisí na obsahu síry a tedy v tomto případě se projevuje ekologizace nafty v negativním důsledku -její zhoršování je dáno vlivem postupného snižování obsahu síry až do téměř nulových hodnot -u moderních bezsirných naft se zvyšuje aditivací (jednodušší než materiálovým a konstrukčním řešením). Takto upravená nafta má častěji lepší mazivost než původní nafta obsahující vyšší množství síry -norma předepisuje minimální mazivost nafty prostřednictvím průměru otěrové plochy, která vzniká třením vibrující kuličky na kovové ploše. Zkouška (v Evropě známá jako HFRR High Frequency Reciprocating Rig) probíhá ve speciálním přístroji v prostředí zkoušené nafty při 60 °C. Čím má nafta lepší mazivost, tím menší otěrová plocha vzniká. Maximální povolený průměr plochy činí 460 µm.

45 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Obsah methylesterů mastných kyselin -maximální obsah methylesterů mastných kyselin v naftě je dle normy 7,0 % objemových -od června 2010 nafta obsahuje 6,0 % methylesteru mastných kyselin -zákon však stanovuje podíl biosložky za určité období. Může se tedy stát, že v některém období je koncentrace vyšší, v některém období zase nemusí nafta obsahovat methylester vůbec, jelikož se jedná o celkový objem nafty dodávané na trh. -obsah methylesterů mastných kyselin je zjišťován infračervenou spektroskopií. Popel -množství popela je ukazatelem množství nespalitelných minerálních látek obsaženýchv naftě -látky tvoří úsady kolem vstřikovacích trysek a ve spalovacím prostoru

46 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti PŘÍSADY DO MOTOROVÉ NAFTY Antioxidanty a zlepšovače stability -u ropné motorové nafty není zapotřebí stabilizace (aditivace antioxidantem), jestliže neobsahuje olefiny, či pokud není dlouhodobě skladována -jelikož se jako výchozí proces při výrobě motorové nafty používá plynový olej po předchozím krakovacím procesu, vyprodukovaná motorová nafta vykazuje velký podíl olefinických uhlovodíků, které jak známo mají značný sklon k tvorbě kyslíkatých sloučenin. To je doprovázeno vždy změnou barvy a tvorbou pryskyřic, kalů a laků blokujících palivové filtry. Navíc tyto frakce obsahují více dusíkatých derivátů, což opět narušuje stabilitu produktu -z těchto důvodu je nutná aplikace antioxidačních a stabilizujících aditiv.

47 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti -používají se stejné typy látek jakými jsou antioxidanty u benzinů a jsou účinné ve stejně malém množství -pro nafty vyrobené z krakovaného plynového oleje jsou určeny dva druhy aditiv: antioxidační a stabilizační -během dlouhodobého skladování, ale i v nádržích vozidel a palivové soustavě motoru, kde je motorová nafta vystavena poměrně vysoké teplotě při cirkulaci, nastávají chemické reakce, při kterých vznikají v naftě nerozpustné látky, vznikají pryskyřice (podobné v benzinu), zejména pokud jsou přítomny olefiny, diolefiny nebo polyolefiny [9][9]

48 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Přísady zvyšující cetanové číslo -procesně lze zvýšení cetanového čísla dosáhnout hlavně dearomatizací, což je ale velmi náročný proces, a proto se budou do budoucna více než dříve používat právě přísady -působení těchto aditiv spočívá ve zkrácení prodlevy vznětu, tedy době od vstřiku paliva přes fázi fyzikální a chemickou. Jelikož se jedná o radikálovou reakci, pak se zde uplatňují určité typy dusíkatých sloučenin snadno uvolňujících volné radikály, které urychlují oxidaci paliv. Nastartují oxidační reakce, které předcházejí vznícení, a tím se zkrátí prodleva vznětu. -cetanové číslo je možné zvyšovat přídavkem některých přísad ve dvou základních typech: nitráty a peroxidy (např. 2,2-dinitropropan, tetranitromhetan, n-butylnitrát, tetralinhydroperoxid, kumenhydroperoxid apod.) -nejznámějším představitelem nitrátů je 2-ethylhexylnitrát (dodecylnitrát) zvyšující CČ za relativně přijatelnou cenu. Účinnost však velmi závisí na velikosti CČ základního paliva.

49 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti -jestliže motorová nafta obsahuje větší podíl aromátů a její cetanové číslo je malé, je velmi malá i účinnost -využití peroxidů naráží má komerční bariéru, jelikož jsou ve směsi s naftou nestálé a vzhledem k účinnosti je jejich uplatnění finančně náročné. Jsou však kompatibilní s nitráty, což vytváří možnost způsobu jejich využití. Baktericidní přísady -používají se pro zahubení mikroorganismů rozkládajících palivo -tyto látky je buď hubí (baktericidní), nebo zabraňují jejich reprodukci (bakteriostatické) -aplikace je možná do nafty (chinolín, imidazolín, cyklické aminy), či do oddělené vodní vrstvy (látky na bázi formaldehydu) -přísady rozpustné ve vodě nesmí být přidány do motorové nafty, v opačném případě by mohlo dojít ke vzniku suspenze zanášející filtry a čerpadla palivových soustav.

50 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Antistatické přísady -z bezpečnostních důvodů se přidává přísada pro zlepšení vodivosti, kterou se předchází vzniku elektrostatického výboje -při čerpání, dopravě, tankování či veškerých manipulacích s palivem může nastat exploze vlivem výboje statické elektřiny, jestliže se směs par paliva se vzduchem pohybuje v hodnotách mezi dolní a horní mezí výbušnosti -k elektrickému výboji však může docházet i v plastových nádržích vozidel, proto vedle přísad se jako ochrana používá i materiál se zvýšenou elektrickou vodivostí -statická elektřina vzniká při pohybu produktu s nízkou elektrickou vodivostí, jakým je např. letecký petrolej a motorová nafta. K předcházení nebezpečí exploze je žádoucí, aby vodivost byla zvýšena na hodnoty 50-0 pS/m -jako antistatické přísady se běžně používají látky typu nitrátů polymerů a dříve i sirné sloučeniny, které s ohledem na snožování obsahu síry v palivu již nejsou vhodné.

51 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Deemulgátory a odvodňovače -účel i složení deemulgátorů je na podobném principu jako u automobilových benzinů. a podobný účel ještě zmnohonásobený častou přítomností vody ve velkých nádržích např. nákladních vozidel, které nezřídka dosahují několika set litrů -vytvoření vodní emulze, které navíc obsahují spoustu drobných mechanických nečistot (korozních produktů, vláken a zbytků barvy), je nejčastější příčinou úsad na filtru a výpadků v chodu motoru v důsledku ucpání palivového filtru -stabilitu disperze zvyšuje přítomnost detergentních aditiv, Jako deemulgátory se používají alkyloxypolyglykoly nebo arylsulfonáty. Inhibitory koroze -obdobně jako u benzínových inhibitorů se jedná o polární látky mající dipól, tvořící na kovovém povrchu hustý koberec bránící přístupu korozních látek -dávkování je celkem nízké a pohybuje se okolo 5 ppm, což by mělo být dostačující pro ochranu kovových nádrží a palivových trubek.

52 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Detergenty a dispersanty -detergenty jsou látky čistící (stejně jako v případě benzinů) -dipól molekuly detergentu přisedne k opačně nabité části nečistoty a přetáhne ji do roztoku, přesněji do disperse -udržují povrch kovových součástí stále čistý, což má stále větší důležitost pro součásti vstřikovacího systému jako je Common Rail nebo Pumpe-Düse -tyto sloučeniny tvoří na kovovém povrchu bariérový film bránící usazování karbonových zbytků -chemicky jsou ty samé typy sloučenin jmenovaných již u benzínových detergentů: aminy, amidy, imidazoly apod. Dispersanty (také i disperganty) -látky vyznačující se jako rozptylovadla (nepoužívá se český název) -působí v souladu s činností detergentů, uvolněná částice okamžitě dostane totožný náboj jako všechny ostatní uvolněné částice, ty se navzájem odpuzují a vykonávají Brownův pohyb bez možnosti usazování.

53 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Mazivostní přísady -trend ve snižování obsahu síry, snížení konce destilace a vysoký obsah petrolejové frakce má nepříznivý důsledek na mazivost motorové nafty -nafty produkované v současné době musí být proto aditivovány přísadami na zvýšení maznosti a to hlavně z toho důvodu, že v předchozím výrobním procesu, zejména hydrogenačními procesy, se zbavují svých přirozených složek na bázi síry, dusíku a některých aromatických komponent -nová aditiva na zvýšení maznosti fungují buď na principu inhibice (zabránění) peroxidových radikálů nebo na principu přídavku silně polárních sloučenin. Z tohoto důvodu se u nových druhů naft zkouší peroxidové číslo. Čím je větší je jeho hodnota, tím více se tvoří peroxidů a nafta ztrácí nejen svoji maznost, ale i svoji odolnost vůči oxidaci -v rámci normy ČSN EN 590 byl zaveden i požadavek na minimální úroveň mazivosti založený na měření průměru otěrové stopy (max. 460 mm) -mimořádně citlivá na mazivost jsou již zmíněná vstřikovací čerpadla vznětových motorů, ale hlavně vysokotlaká čerpadla systémů Common Raill -jako přísady se používají estery mastných a karboxylových kyselin.

54 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Modifikátory krystalické struktury parafínů -pro zajištění potřebné úrovně chladových parametrů motorových naft v zimním období -N-alkany s bodem varu nad 250 °C jsou při teplotách pod 0 °C tuhé, alkany s bodem varu vyšším než 350 °C mají obvykle bod tuhnutí nad 30 °C. Tyto uhlovodíky obsažené v motorové naftě se vylučují při ochlazování jako krystalky parafínů plochého tvaru. -řešením je jednak snižování konce destilace, přidáváním petrolejové frakce, či přidáváním aditiv ovlivňující krystalickou strukturu parafínu -přísady snižují hodnotu CFPP a bodu tuhnutí (nikoliv TVP teplotu vylučování parafínů), jejichž účinnost závisí na uhlovodíkovém složení paliva.

55 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Protipěnivostní přísady -problémem při doplňování nádrží automobilů či jiných samochodných strojů je pěnění hladiny paliva při doplňování plnící pistolí -nádrž, ačkoliv není plná, přetéká následkem velkého množství stabilní pěny, která znesnadňuje úplné natankování (především je-li přítomen MEŘO) -účinným odpěňovačem je ether, ale jeho využití je z bezpečnostních hledisek nepřípustné -jako protipěnící aditiva se běžně používají polysiloxany ve formě methyl-fenyl- silikonových přípravků s kosolventem (IBA). Odmrazovače a odledňovače -v souvislosti se skladováním nafty (nebo skladování bionafty) v zimních podmínkách, se v nádrži či cisterně vyskytuje vždy volná forma vody v podobě souvislé vrstvičky nebo jednotlivých kapek, které snadno v zimě zmrznou a způsobí tím potíže při odčerpávání paliva -jako přísad je možno použít alkoholů vytvářející homogenní trojsměs nafta- voda-alkohol, např. přípravek na bázi isopropylalkoholu.

56 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Zlepšovače hoření -působí příznivě na zmenšení kouřivosti dieselových motorů tím, že průměr kapiček vstřikovaného paliva klesá a tím dojde k lepšímu prohoření vstřikovaného paliva -působí na principu fyzikálně-chemickém ve zmenšením povrchového napětí paliva -dnes ztrácejí na aktuálnosti v důsledku zavádění Common Rail nebo systému Pumpe-Düse. Deodoranty -parfémy, nebo speciální sloučeniny, které neutralizují pachy -jako deodoranty se používají syntetické estery, ketony či látky s přirozenými vůněmi -k přidávání aditiv toho typu se postupně začíná ustupovat, jelikož nafty z Fisher Tropshovy syntézy či hluboce hydrogenované toto obvyklé aroma nemají tolik výrazné.

57 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Barviva -k odlišení druhů paliva, nebo upozornění na nadstandardní paliva -chemické koncerny vyrábějí také speciální značkovače pro střední destliláty určené pro výrobu tepla se sníženou sazbou spotřební daně z důvodu minimalizace daňových úniků -k barvení se dávkuje přibližně 3-5 mg barviva na litr nafty i benzinu, pro značkování min. 6 mg na litr. Přísady regenerující filtry částic -při postupném zachycování sazí z výfuku a jejich ucpání může nastat snížení výkonu -jednou z metod regenerace filtrů je vypálení sazí aplikací přísad se schopností katalytické regenerace. Základem je přídavek vhodného kovu do paliva ve formě rozpustné organokovové sloučeniny, která svým účinkem jednak snižuje teplotu vznícení sazí (vypálení), ale také urychluje oxidační proces.

58 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Aditivaci můžeme dle aplikace rozdělit na tři okruhy: Aditivace u výrobce Modifikátory struktury parafínů. Antioxidanty a přípravky potlačující tvorbu úsad při skladování. Přísady pro zlepšení mazivosti. Antistatické přísady Přísady zvyšující cetanové číslo Aditivace v distribuční etapě -většina značkových firem nabízí paliva v nadstandardní kvalitě -firmy používají své vlastní směsi přísad a jimi upravená paliva prodávají pod svou obchodní značkou -rozlišují se aditiva pro paliva zimní a letní Individuální aditivace -přísady pro individuální aditivaci jsou v prodeji na čerpacích stanicích -uživatel si je nadávkuje do nádrže před tankováním paliva

59 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Zdroj obrázků: [1] http://cs.wikipedia.org/wiki/Motorov%C3%A1_nafta [2] http://www.auto.cz/nove-motory-fiatu-1-4-16v-turbo-a-1-6-jtd-14153 [3] http://jirkovodoupje.wz.cz/spalovaci-motor.html [4] http://cs.autolexicon.net/articles/cetanove-cislo [5] http://sk.wikipedia.org/wiki/Motorov%C3%A1_nafta [6] http://www.ceskatelevize.cz/ct24/ekonomika/174593-coi-10-ceskych- benzinek-melo-ve-sve-nafte-vysoke-mnozstvi-siry [7] http://www.agat.sk/post/nekvalita-nafty-30/ [8] http://www.mvoil.cz [9] http://www.super-aditiv.cz/super-diesel-aditiv-letni.html