Перспективные реактивные и дизельные топлива

Одно из условий технического совершенствования Двигателей (достижения больших мощностей, удлинения периода эксплуата­ции, создания транспортных машин с большой скоростью и спо­собностью преодоления больших расстояний) — соответствующее улучшение качества топлив.

Переоснащение современного парка авиационных двигателей и дизелей происходит одновременно с освоением производства но­вых сортов топлив, обеспеченных доступным сырьем и приемлемой стоимости.

Новые сорта топлив следует вырабатывать на основе продук­тов, выпускаемых промышленностью.

Необходимо последовательно переходить к получению усовер­шенствованных сортов, правильно учитывая сырьевые и техноло­гические возможности, а также эксплуатационные характеристики получаемых продуктов.

Несмотря на различные условия эксплуатации топлив и раз­личные требования, предъявляемые к их качеству, можно наме­тить следующие общие пути совершенствования авиационных и дизельных топлив:

1. Снижение содержания сернистых и других органических не­углеводородных примесей, а также соединений, наименее стабиль­ных в данных условиях эксплуатации.

2. Снижение коррозионной активности и улучшение противо- износных свойств топлив.

3. Радикальная очистка топлив от загрязнений и воды и сохра­нение в очищенном состоянии вплоть до поступления в зону сгорания.

4. Подбор компонентов топлива, обеспечивающих минимальную склонность его к термическому распаду при повышенной темпера­туре в присутствии кислорода воздуха.

5. Подбор углеводородного состава топлив, возможно полнее отвечающего по теплофизическим характеристикам условиям экс­плуатации двигателя.

6. Обеспечение химического состава топлив, обусловливающего удовлетворительные их огневые качества — устойчивое горение и поджиг в возможно более широких пределах давления воздуха, в том числе при пониженном давлении в камере сгорания, что осо­бенно важно для авиационных двигателей. Топливо должно харак­теризоваться наименьшей склонностью к нагарообразованию, дым­лению, горению радиирующим пламенем. Для дизельных топлив важен возможно меньший период задержки воспламенения (бла­гоприятная цетанозая характеристика).

7. Создание топлива, возможно более эффективного при ис­пользовании его в качестве охлаждающей жидкости (чистота, ста­бильность, высокая теплоемкость и теплопроводность).

Необходимо стремиться максимально унифицировать сорта топлив, что снизит их стоимость. Подбор топлив для перспектив­ной авиации с реактивными двигателями значительно сложнее, чем для перспективных транспортных машин с дизельными двигате­лями.

Подготовка топлив, качество которых удовлетворило бы требо­ваниям перспективной авиации, основана на современных весьма эффективных процессах переработки нефти, в первую очередь на гидроочистке. В настоящее время .в США мощность установок гидроочистки нефтяных дистиллятов составляет. 4,8 млн. т/год.

Процессы, связанные с облагораживанием качества нефтепро­дуктов (гидрирование, гидроочистка, гидрокрекинг) занимают все большее место. Именно переработка нефтей при помощи этих про­цессов, в том числе высокосернистых, позволит получать дизель­ные и реактивные топлива высокого качества.

Расширяется применение различных высокоэффективных при­садок, общая выработка которых в настоящее время в США до­стигает 500 тыс. т/год.

Неуглеводородные органические соединения удаляют из топлив независимо от степени их вредности. Между тем химическая структура этих соединений крайне различна. В связи с этим часть их может ухудшать качество топлив, другая часть — быть малоак­тивной или оказывать на топливо антиокислительное, противоизиосное, антикоррозионное защитное действие. Если это так, то исчерпывающее удаление сернистых, азотистых и кислородных соединений часто не будет полезным. В этом случае правильнее было бы выводить из топлива возможно более простыми метода­ми неуглеводородные примеси, ухудшающие качество топлив в конкретных условиях эксплуатации двигателя. Еще лучше было бы выделять из топлива неразрушенные неуглеводородные соедине­ния, чтобы затем использовать их в качестве нового источника хи­мического сырья. Очищенные таким образом топливные дистил­ляты будут содержать инертные или даже полезные примеси. Подобная очистка может оказаться дешевле обработки топливных дистиллятов водородом. Топлива с остаточными стабильными сер­нистыми, азотистыми или кислородными соединениями можно бу­дет применять либо самостоятельно, либо в смеси с гидроочи­щенными дистиллятами и, возможно, с соответствующими при­садками.

Дизельные топлива высокого качества должны получаться ком­паундированием на основе гидроочищенных дистиллятов, фракций, из которых дешевыми и доступными методами извлечена наиме­нее стабильная часть сернистых соединений, и применением эффек­тивных полифункциональных присадок.

Такой путь производства приведет к увеличению ресурсов, улуч­шению качества и снижению стоимости получения дизельных топ­лив. В результате введения присадок сернистые дизельные топли­ва по своим эксплуатационным качествам могут быть приближены к малосернистым. Добавляемая к дизельному маслу присадка ЦИАТИМ-339 (дисульфидалкилфенолят бария) улучшает условия эксплуатации двигателя на топливе с повышенным содержанием серы.

Требования к качеству дизельных топлив находятся в непос­редственной связи с качеством применяемых дизельных масел.

Обычно при введении в дизельные масла эффективных поли­функциональных (антиокислительных, антикоррозионных, моющих, нейтрализующих и др.) присадок в значительной мере предотвра­щается вредное влияние сернистых соединений топлив, увеличи­ваются ресурсы работы двигателя, снижается расход масла, огра­ничивается износ механизмов и нагароотложение.

К качеству топлив, предназначенных для сверхзвукового авиа­ционного транспорта, предъявляются новые требования, ужесто­чающиеся с увеличением скорости самолета. Поскольку камеры сгорания таких двигателей испытывают сильные тепловые напря­жения и повышенное давление газов, радиация пламени в зоне сгорания будет возрастать, что приведет к нежелательному росту температуры стенок камеры. Полагают, что топливо для таких двигателей должно иметь люминометрическое число не менее 50. Для цикланов.это число составляет 50—100, для алканов выше 100, для ароматических углеводородов 0—50. Следовательно, в со­ставе топлив для сверхзвуковых самолетов должно быть возмож­но меньше ароматических углеводородов. Считают, что в таких топливах содержание серы не должно превышать 0,1%, поскольку присутствие большего количества серы в условиях высокой темпе­ратуры в зоне горения может привести к сульфидизации лопаток турбины сверхзвукового двигателя. Представляют интерес требо­вания, предъявляемые некоторыми специалистами к сверхзву­ковым реактивным топливам (табл. 101).

При скорости 3 М противоизносные свойства сильно нагретого топлива будут ухудшаться. В этих условиях смазывающие свойства топлив можно улучшить лишь при помощи эффективных присадок.

Целесообразно также оставлять в топливе некоторую часть наи­более стабильных поверхностно-активных сернистых соединений. Топливо, полностью освобожденное от сернистых соединений, будет иметь пониженные противоизносные свойства, что приведет к недо­пустимому износу деталей топливных насосов. Это подтверждается пониженными противоизносными (смазывающими) свойст­вами гидрированных и гидроочищенных топлив, которые поэтому целесообразно использовать не в чистом виде, а в составе благо­приятной топливной композиции.

Итак, для скорости 2,2—2,5 м в качестве топлив могут ока­заться удовлетворительными гидроочищенные дистилляты, улуч­шенные добавлением соответствующих присадок.

Для скорости 3 М и выше состав и качество топлив необходимо существенно изменить по сравнению с выпускаемыми в настоящее время. Предполагают, что топлива для скорости 3 М и выше долж­ны состоять из бицикланов и изоалканов. Однако такое топливо будет стоить по одним данным по крайней мере в два раза до­роже выпускаемого в настоящее время, по другим — в семь раз.

Высказывается мнение, что в дальнейшем термостабиль­ный керосин марки RР=1 (США), состоящий главным образом из нафтеновых углеводородов и предназначенный для ракетных си­стем (?=0,8—0,81, Q^н = 10 312 ккал/кг), сможет быть заменен топ­ливом, состоящим из стабильного углеводорода диэтилциклогексана (? =0,8—0,81; Q^н =10 328 ккал/кг; t_заст. = — 79 °С; t_всп. = 47°С); однако оно будет в 10 раз дороже керосина RР=1. Этот углево­дород получается гидрированием диэтилбензола — промежуточного продукта при производстве стирола. Таким образом, стоимость топлива, представляющего индивидуальный углеводород, резко повышается.

Улучшение эксплуатационных характеристик углеводородных топлив также связано с повышением их стоимости.

Так, стоимость керосина плотностью ?=0,875 и теплотой сгора­ния 8900 ккал/л будет в три раза больше стоимости керосина плот­ностью р =0,815. Стремление улучшить качество топлив должно сочетаться с экономической целесообразностью его получения.

В США и Англии товарные топлива широкого назначения получают компаундированием:

топлив, выпускаемых в соответствии с ныне действующими спецификациями;

гидроочищенных дистиллятов;

присадок.

Рационально составленная смесь этих трех компонентов позво­ляет получить топлива, которые по качеству и технико-экономиче­ским показателям удовлетворяют требованиям авиационных дви­гателей.