Процесс кристаллизации н-парафинов и методы улучшения низкотемпературных свойств дизельного топлива

Фотографирование процесса парафинизации летнего дизельного топлива с 140-кратньм увеличением в диапазоне температур -4 .-15°С на микроскопе «Биолам» показало [38], что процесс кристаллизации начинается при температуре -4°С с выделением отдельных зародышей кристаллов, которые удалены друг от друга не значительное расстояние. В диапазоне температур -4…-7°С, т.е. при температуре, определяющей помутнение дизельного топлива, происходит интенсивный рост кристаллов, образование новых кристаллических образований, сближение их друг с другом, однако кристаллы парафинов находятся в подвижном состоянии, т.к. между ними еще находится жидкое топливо. При температуре -8, -9 и особенно -10°С отдельные кристаллы парафина начинают уплотняться, образуя кристаллическую решетку, которая заполняет весь объем дизельного топлива. При температурах -11 .-13°С, которые близки к температуре застывания топлива, кристаллы парафинов плотно укладываются в кристаллическую решетку, в результате чего дизельное топливо теряет подвижность и при таких температурах невозможно обеспечить его подачу к насосу высокого давления. Дальнейшее снижение температура топлива до -15°С приводит к уплотнению кристаллической решетки, дизельное топливо полностью застывает, запуск и эксплуатация дизелей становятся невозможном без специальных подогревателей, обеспечивающих разогрев топлива и его пропуск через фильтры грубой и тонкой очистки.

Анализ температур плавления углеводородов дизельного топлива показывает, что процесс парафинизации происходит непрерывно, т.е. при понижении температуры плавления происходит последовательное отвердевание углеводородов при достижении температуры их плавления и насыщение топлива кристаллами парафинов. При этом с понижением температуры в первую очередь выпадают высокоплавкие углеводороды, на кристаллической решетке которых последовательно кристаллизуются углеводороды с более низкой температурой плавления, содержащие меньшее число атомов в молекуле [39].

Для экспериментальной проверки данного предположения на спектрофотометре СФ-26 были сняты коэффициенты пропускания для летнего дизельного топлива (ГОСТ 305-82) в области спектра от 700 до 1000 нм. При этом в монохрометрический поток излучения поочередно вводился контрольный образец (топлива при температуре от +20°С) и измерямые образцы (топливо с температурой от -20°С). При введении контрольного образца значение светового потока принималось за 100% пропускания. При введении измеряемого образа показание измерительного прибора соответствовало величине коэффициента пропускания в %.

Измерение температур контрольного и измеряемого образцов проводилось терморезисторами и цифровым вольт-килоомметром ВК2-6.

При понижении температуры контрольного образца дизельного топлива от +20°С до -4°С (λ = 700 нм) и до -8°С (λ = 1000 нм) происходит (рис. 2.4) постепенное уменьшение коэффициента пропускания с Т = 100 до Т1 = 80%, т.е. происходит постепенное отвердевание углеводородов и образование очагов последующей кристаллизации. Дальнейшее понижение температуры контрольного образца приводит к резкому падению коэффициента пропускание с Т' = 80% до Т' = 5%, т.е. происходит интенсивный рост кристаллов парафинов. При этом наблюдается смещение линий коэффициента пропускание в сторону отрицательных температур при увеличении длины волны пропускаемого света. Коэффициент пропускания Т = 0% соответствует температуре застывания топлива и для λ = 700 нм равен -13°С, а для λ = 1000 нм соответствует -16°С.

Рис. 2.4. Зависимость коэффициента пропускания от температуры дизельного топлива