Постоянное совершенствование техники и ужесточение экологических норм ведет к повышению требований к качеству топлива . Большое внимание уделяется содержанию серы в нефтепродуктах и нефти . Этот параметр обязательно отражается в паспорте качества.

Примеси серы присутствуют в любом сорте нефти и во всех нефтепродуктах, составляя от 0,05 до 6% от общей массы. Сернистые соединения неравномерно распределяются по всем фракциям, присутствуя даже в глубоко очищенных дистиллятах. Высокое содержание серы в топливе нежелательно по многим причинам:

• сера токсична и является причиной неприятного запаха нефтепродуктов,
• снижает стойкость бензинов к детонации,
• провоцирует повышенное смолообразование при крекинге,
• увеличивает коррозионную активность,
• пары серных соединений раздражают дыхательные пути человека и ухудшают состояние растений.

Однако совсем исключить серу из топлива пока невозможно. Например, если содержание серы в дизельном топливе ниже 0,035%, то значительно ухудшаются его смазывающие способности, что ведет к ускорению износа элементов топливной системы автомобиля. Чтобы это предотвратить, в солярку добавляются присадки, улучшающие смазывающие свойства. Но они пока малодоступны, так как серийное производство еще не налажено. Единственный выход – снижать количество серы в нефтепродуктах, устанавливая строгие нормы.

Серная классификация нефти

ГОСТ Р 51858-2002 определяет классы нефти по содержанию серы:

• Класс 1 – малосернистая – серы в общей массе 0,6%.
• Класс 2 – сернистая – серы в общей массе до 1,8%.
• Класс 3 – высокосернистая – серы в общей массе до 3,5%.
• Класс 4 – особо высокосернистая – серы в общей массе выше 3,5%.

Нефть обычно содержит чистую серу (ее немного) и ее производные. В паспорте качества указывается доля общей серы (чистая сера + серосодержащие примеси). Чем выше содержание серы в нефти, тем ниже ее стоимость.

Основную долю серных соединений (50-80%) в нефтепродуктах представляют почти нейтральные сульфиды и дисульфиды. Самыми «неприятными» из производных серы являются меркаптаны. Именно они вызывают резкий запах и больше других провоцируют коррозию и образование смол. Содержание меркаптанов ограничивается до нескольких сотых процента в зависимости от вида топлива и указывается в паспорте качества отдельно.

Нормы сернистости для разных видов топлива

Нормы содержания серы устанавливаются для всех видов топлива. Наиболее жесткие требования предъявляются к автомобильным бензинам и реактивному топливу . Допустимое содержание серы в них от 0,02 до 0,1%. Такие же требования предъявляются к бензинам-растворителям.

Дизельное топливо по показателю сернистости делится на экологические классы . На сегодня в России разрешен выпуск и использование только ДТ класса Евро-5 с содержанием серы меньше 10 мг/кг.

Как снизить содержание серы

Удаление серы из топлива осуществляется на нефтеперерабатывающих заводах двумя способами:

Предварительно нефть пропускают через фильтры, чтобы освободить от механических примесей. А затем она обрабатывается методом каталитического гидрирования при высокой температуре. Стоимость обессеренной нефти примерно вдвое выше стоимости начального сырья, но таким способом можно получить нефть с содержанием серы до 1%.

Второй способ предполагает удаление серы из части тяжелых нефтяных фракций с помощью вакуумной перегонки. Затем эти фракции подвергаются гидрированию водородом. Полученное бессернистое сырье смешивается с основной массой, и общее содержание серы снижается на 80-95%.

В 2005 году в связи с принятыми государственными обязательствами по снижению экологической нагрузки от выхлопных газов, а также необходимость соответствовать требованиям европейских заказчиков при экспортных отгрузках вынудило разработать в России новый стандарт на дизельное топливо.

ГОСТ Р 52368-2005 дублирует все требования европейского стандарта EN 590:2004 (именно поэтому в обозначениях дизельного топлива, изготовленного по ГОСТ Р 52368-2005 обязательно присутствует слово «ЕВРО» и ссылка на «EN 590:2004»).

Осенью 2009 года в Европе вступила в действие новая версия BS EN 590:2009. Основным отличием ее от прошлого стандарта является исключение видов дизтоплива с содержанием серы 50 мг/кг. Таким образом, в стандарте Евросоюза остается только одна норма по содержанию серы - не более 10 мг/кг.

В российском ГОСТ Р 52368-2005 норма содержания серы до 350 мг/кг существовала до 31 декабря 2011 г., а 50 мг/кг просуществует до 31 декабря 2014 г. У дизельного топлива с содержанием серы 10 мг/кг срок выпуска в оборот не ограничен. Итак, с 2012 г. нефтеперерабатывающая промышленность вырабатывает дизельное топливо с содержанием серы 10 и 50 мг/кг.

Согласно ГОСТу Р 52368-2005 дизельное топливо классифицируется по двум параметрам:

1. Предельное содержание серы, отраженное в показателе «ВИД» топлива, а именно:

вид I - содержание серы не более 350 ррМ (мг/кг);

вид II - содержание серы не более 50 ррМ (мг/кг);

вид III с содержание серы менее 10 ррМ (мг/кг).

2. Температура применения (климатическая зона, в которой дизельное топливо может применяться). Для умеренной климатической зоны дизельное топливо разделяют по шести сортам: А,В,С,D,E,F.

Требования к топливу для умеренного климата

Для районов с холодным климатом дизельное топливо условно разделяют на пять классов: 0, 1, 2 , 3, 4.

Термин «температура фильтруемости» также впервые введен новым ГОСТ Р 52368-2005 и обозначает ту температуру, ниже которой дизельное топливо не проходит с необходимой скоростью (расходом) через стандартный эталонный фильтр.

Требования к топливу для холодного и арктического климата

Наименование показателя	Класс
Предельная температура фильтруемости, °С, не выше
Температура помутнения, °С, не выше
Плотность при 15 °С, кг/куб. м	800-845	800-845	800-840	800-840	800-840
Кинематическая вязкость при 40 °С, кв. мм/с	1,50-4,00	1,50-4,00	1,50-4,00	1,40-4,00	1,20-4,00
Цетановое число, не менее	49,0	49,0	48,0	47,0	47,0
Цетановый индекс, не менее	46,0	46,0	46,0	43,0	43,0
Фракционный состав:
До температуры 180 °С, % (по объему), не более
До температуры 340 °С, % (по объему), не более
Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не ниже

Важно запомнить: «СОРТ» или «КЛАСС» - это параметр температурной характеристики, а «ВИД» - это параметр содержания серы в дизельном топливе.
Приведем несколько примеров условного обозначения топлива его расшифровку.

Пример 1. «ДТ Евро сорт F, ВИД II». Из этого обозначения мы узнаем, что дизельное топливо предназначено для умеренной климатической зоны (сорт F) - зимний сорт, а содержание серы в этом топливе не более 50 ррМ (мг/кг).

Пример2. «ДТ Евро класс 2,вид I». Cлово «КЛАСС» означает, что это топливо предназначено для холодной и арктической климатической зоны. Класс «2» показывает что предельная температура фильтруемости составляет минус -32 °С. Вид I говорит о том, что содержание серы не более 350 ррМ (мг/кг).

Сезонное применение дизельных топлив в регионах Российской Федерации в соответствии с требованиями к предельной температуре фильтруемости

Центральный федеральный округ	Применение дизельного топлива по предельной температуре фильтруемости
	летний период			переходные весенний/осенний периоды			зимний период
	сорт A	сорт B	сорт C	сорт D	сорт E	сорт F и класс 0	класс 1	класс 2	класс 3	класс 4
	не выше +5 °С	не выше 0 °С	не выше	не выше -10 °С	не выше -15 °С	не выше -20 °С	не выше -26 °С	не выше -32 °С	не выше -38 °С	не выше-44°С
Белгородская обл.
Брянская обл.
Воронежская обл.
Курская обл.
Липецкая обл.
Орловская обл.

В соответствии с климатическими условиями допускается изменение числа суток весеннего и осеннего переходных периодов в сторону зимы или лета по согласованию местной администрации с региональными службами Гидрометцентра.

Требования к дизельному топливу по ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2009) следующие:

Наименование показателя	Значение
1. Цетановое число, не менее	51,0
2. Цетановый индекс, не менее	46,0
3. Плотность при 15 °С, кг/куб.м	820 - 845
4. Полициклические ароматические углеводороды, % (по массе), не более
Вид I	350,0
Вид II	50,0
Вид III	10,0
6. Температура вспышки в закрытом тигле, °С, выше
7. Коксуемость 10%-ного остатка разгонки, % (по массе), не более	0,30
8. Зольность, % (по массе), не более	0,01
10. Общее загрязнение, мг/кг, не более
11. Коррозия медной пластинки (3 ч при 50 °С) 6), единицы по шкале	Класс 1
12. Окислительная стабильность: общее количество осадка, г/куб. м, не более
13. Смазывающая способность: скорректированный диаметр пятна износа при 60 °С, мкм, не более
14. Кинематическая вязкость при 40 °С, кв. мм/с	2,00 - 4,50
15. Фракционный состав:
При температуре 250 °С, % (по объему), менее
При температуре 350 °С, % (по объему), не менее
95% (по объему) перегоняется при температуре, °С, не выше

(№8 за 2010 г.)
Владимир ШЛЯХОВОЙ

Сера

Дизельное топливо характеризуется целым рядом достаточно важных параметров и один из основных среди них - содержание серы. Теоретически наличие серы улучшает смазывающие свойства топлива, но это просто ничто по сравнению с теми проблемами, которые возникают при ее сгорании во время работы двигателя. Образующиеся окислы серы вступают в реакцию с парами воды с образованием серной и сернистой кислот, которые в том или ином количестве обязательно попадают в систему смазки двигателя. Но, кроме того, о каких «Евро» можно говорить, если из выхлопной трубы валят пары серной кислоты? Да и системы нейтрализации выхлопных газов, и сажевые фильтры при использовании сернистого топлива быстро выходят из строя. Поэтому одновременно с ростом требований к чистоте выхлопных газов закономерно растут и требования к качеству топлива. В том числе и к содержанию в нем серы.

Например, в соответствии с действующими стандартами должен обязательно указываться вид топлива в зависимости от содержания в нем серы. В России с 2005 г. действует стандарт «ГОСТ Р 52368-2005 (ЕN 590:2004). Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия», а в Украине с 1 января 2008 г. вступил в силу аналогичный стандарт ДСТУ 4840:2007 «Топливо дизельное улучшенного качества. Технические условия», соответствующий тому же стандарту EN 590:2004. Впрочем, и ДСТУ 3858-99 «Топливо дизельное. Технические условия», сменивший в Украине с 1.09.1999 г. ГОСТ 305-82, до сих пор так и не отменен, он будет действовать наряду с ДСТУ 4840:2007 до конца 2010 г.

Таблица 1. Цетановое число и предельное содержание серы в дизтопливах разного вида, мг/кг, в зависимости от стандарта

Характеристика	ДСТУ 3868-99	ГОСТ Р 52368-2005	ДСТУ 4840:2007
Цетановое число

*Топливо с содержанием серы не более 10 мг/кг в сопроводительных документах допускается обозначать как «не содержащее серы» .

Таблица. 2 Цетановое число и предельное содержание серы в дизтопливах различных экологических норм и стандартов

	Цетановое число	Сера, мг/кг
ДСТУ 3868-99**
ГОСТ Р 52368-2005*
EN 590 (до 1.01.2005)
ДСТУ 4840:2007**
EN 590 (с 1.01.2005)

*Стандарт, действующий в России.

**Стандарты, действующие в Украине.

Таким образом, в Украине сейчас можно с одинаковым успехом заправиться как дизтопливом уровня Евро-5, содержащим серу в количестве 10 мг/кг, так и «советской» соляркой, в которой концентрация серы в 500 (!) раз больше.

Морозостойкость

Пожалуй, вторым по важности параметром дизельного топлива является его морозостойкость, которая обратно пропорциональна количеству находящихся в нем парафинов. При понижении температуры парафины имеют свойство выкристаллизовываться, в результате чего дизтопливо сначала мутнеет, потом превращается в «кисель», а затем и вовсе застывает. Поэтому неотъемлемыми характеристиками дизельного топлива являются такие его параметры, как температура помутнения и предельная температура фильтруемости, которые специфичны для каждого вида дизтоплива и отстоят одна от другой примерно на 10 ºС.

В то же время оба вышеназванных параметра являются достаточно условными, и поэтому не стоит думать, что можно безболезненно использовать помутневшее топливо. Особенно если топливные фильтры не имеют подогрева. Ведь в этом случае их фильтрующие элементы очень быстро наглухо забьются парафином, который уже ничем не удалить. О том, что в подобном случае дальнейшая работа двигателя в принципе невозможна, мы умолчим. А для решения проблемы придется менять весьма недешевые фильтрующие элементы.

Причиной помутнения дизтоплива является появление групп ориентированных молекул парафинов, которые становятся центрами образования кристаллов. При этом минимально допустимая температура использования дизельного топлива, при которой обеспечивается его нормальная прокачиваемость по топливной системе через фильтрующие элементы, как минимум на 2 ºС превышает температуру его помутнения.

Что же касается такого понятия, как «предельная температура фильтруемости дизельного топлива», то оно означает тот предел, при котором охлажденное дизтопливо способно проходить через стандартный фильтрующий элемент с определенной скоростью. Данный показатель используется только для определения возможности запуска двигателя. Но если в этом случае использовать не подогреваемые топливные фильтры, они сразу же будут заблокированы парафином.

К этому можно добавить, что нормируется и такой параметр, как «температура застывания дизельного топлива», причиной которого является сращивание кристаллов углеводородов между собой в жесткую кристаллическую решетку. Температура застывания определяет возможность транспортирования, заправки, слива и налива дизельного топлива в резервуары и не имеет никакого практического значения для определения возможности запуска двигателя или его работы.

А чтобы можно было легко определить, в каких температурных диапазонах можно использовать то или иное дизельное топливо, по требованиям стандартов в его условном обозначении должен указываться сорт (в зависимости от значений предельной температуры фильтруемости, или класс), определяемый как температурой фильтруемости, так и температурой помутнения.

При этом сортность устанавливают для топлива, предназначенного для использования в зонах с умеренным климатом, а классность - для арктических зон.

Таблица 3. Требования к низкотемпературным свойствам дизельного топлива (ГОСТ Р 52368-2005)

Наименование показателя
Предельная температура фильтруемости, ºС, не выше
Температура помутнения, ºС, не выше
Цетановое число, не менее

*Н/н - не нормируется.

В то же время украинский ДСТУ 4840:2007 предусматривает те же шесть сортов (A-F), но только два класса (0-1) дизтоплива, что и ГОСТ Р 52368-2005, регламентирует меньшее содержание серы и более высокое цетановое число (не менее 51). Тогда как ДСТУ 3868-99, который будет действовать в Украине до 01.01.2011 г., предусматривает только две марки дизтоплива: Л - летнее и З - зимнее.

Таблица 4. Требования ДСТУ 3868-99 к низкотемпературным свойствам дизельного топлива

В связи с этим дизтопливо может маркироваться следующим образом:

- «Топливо дизельное ЕВРО по ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2004), сорт А, вид I»;

- «Топливо дизельное повышенного качества (Евро) класса 1, вида II в соответствии с ДСТУ 4840:2007».

Одним словом, разобраться во всем этом многообразии сортов, классов и видов дизтоплива достаточно непросто. Теоретически в качестве заменителя зимнего и арктического дизтоплива для дизельных двигателей можно использовать керосин. Но практически этого делать нельзя, поскольку керосин имеет два существенных недостатка. Во-первых, его цетановое число около 40, чего для нормальной работы двигателя слишком мало. А во-вторых, керосин в отличие от солярки не имеет смазывающих свойств, поэтому все трущиеся детали в топливной системе (ТНВД, плунжерные пары и т. д.) быстро придут в негодность.

Подобное допускается только в исключительных случаях и только как временное средство, прежде всего на старых двигателях с механическим ТНВД. Но и в этом случае необходимо ввести противоизносные и цетаноповышающие присадки. Считается, что без ущерба для двигателя можно добавлять до 20 % керосина в летнее дизтопливо для снижения температуры его застывания. Но это тоже следует рассматривать только как крайнюю меру, недопустимую на современных двигателях с высоким давлением впрыска.

Цетановое число

Важным показателем для дизтоплива является и цетановое число (ЦЧ), которое характеризует скорость воспламеняемости топлива - от момента его впрыска в цилиндр до начала горения (период задержки самовоспламенения). И чем выше ЦЧ, тем быстрее дизтопливо воспламеняется.

Численное значение ЦЧ равно процентному содержанию цетана (С16Н34, ЦЧ которого принимается за 100) в его смеси с α-метилнафталином (его цетановое число равно 0), воспламеняемость которой эквивалентна испытуемому дизтопливу. При этом ЦЧ определяется испытанием на моторной установке.

При цетановом числе менее 40 благодаря большому периоду задержки самовоспламенения топливо в цилиндре успевает хорошо прогреться, поэтому воспламенение носит взрывной характер, давление в цилиндре резко возрастает, что приводит к стукам в двигателе. Такую работу дизеля называют жесткой, поскольку она вызывает ударные нагрузки на поршень и подшипники коленвала, что приводит к их ускоренному износу.

Чем выше цетановое число, меньше задержка воспламенения, плавнее горит топливная смесь, тем мягче работает двигатель и экологичнее выхлоп. Но хорошо это до определенных пределов. Дизтопливо с ЦЧ выше 55, имеющее малый период задержки самовоспламенения, поступив в цилиндр, не успевает хорошо прогреться, поэтому давление в цилиндре нарастает равномерно и двигатель работает мягко. Однако при этом ухудшается процесс смесеобразования, поскольку горючее не успевает хорошо перемешаться с воздухом, что приводит к неполному сгоранию топлива, падению мощности и экономичности двигателя, повышению дымности отработавших газов. Кроме того, дизтопливо с высоким ЦЧ и стоит существенно дороже. Поэтому в отличие от октанового числа, которое чем больше - тем лучше, цетановое число имеет свой рабочий диапазон в 40 - 55 единиц, оптимум которого составляет 51 - 53 единицы.

При этом стандартное дизтопливо характеризуется цетановым числом 40 - 45, а топливо высшего качества имеет цетановое число 51 - 55. Согласно современным стандартам ЦЧ летнего и зимнего дизтоплива должно быть не менее 49 единиц. (Согласно стандарту ЕN 590:2004 ЦЧ должно быть не менее 51, а цетановый индекс (то же самое, но определяемое расчетным путем) - не менее 46.)

К этому можно добавить, что цетановое число косвенно свидетельствует и о низкотемпературных характеристиках топлива - чем оно меньше, тем ниже температура застывания. Поэтому летние и зимние дизтоплива обычно имеют разные ЦЧ, а у арктического дизтоплива оно и вовсе находится на грани жесткой работы двигателя. Но здесь мягкой работой дизеля зачастую сознательно жертвуют ради обеспечения его нормального пуска и прокачиваемости топлива через фильтры в сильные морозы. В то же время дизтопливо высокого качества более легкое, содержит больше легковоспламеняющихся легких фракций и поэтому более пригодно для запуска двигателя в холодную погоду. Кроме того, отношение водорода к углероду в легких фракциях выше, потому при сгорании такого дизельного топлива образуется меньше дыма.

Коксуемость, зольность и другие…

К числу других нормируемых параметров дизтоплива относится его коксуемость, способствующая образованию отложений в камере сгорания и на поршневых кольцах, и зольность, определяющая несгораемый остаток горючего. Так, коксуемость десятипроцентного остатка, остающегося после отгонки летучих фракций дизтоплива, должна укладываться в 0,3 %, а зольность не должна превышать 0,01 %, тогда как по прежним стандартам эта величина была в десять раз больше.

Что же касается различных присадок, то они обычно промышленным способом добавляются только в специальные сорта дизтоплива, прежде всего в арктическое. Хотя иногда производители выбрасывают на рынок и особые сорта горючего.

В их число входит, например, Shell V-Power Diesel.

Впервые это топливо было представлено в Италии в 2002 г. А сейчас оно появилось и в Украине. При этом ни российские, ни белорусские водители пока заправиться подобным горючим не могут, несмотря на то, что Shell пришла в Россию намного раньше, чем в Украину. В Беларуси же и вовсе нет заправок Shell.

Новое топливо производится на базе «Евродизеля», соответствующего стандартам Евро-4 (вид II), с добавлением специальной моющей присадки NEMO 2010. При этом, как декларирует производитель, состав Shell V-Power Diesel способствует удалению существующего нагара и препятствует образованию новых отложений в камере сгорания двигателя, что способствует продлению его ресурса, стабильной мощности и улучшению экологических параметров. Данное топливо содержит не более 0,05 % (50 мг/кг) серы, но и стоит оно как АИ-95.

По заверениям представителей компании Shell, пробега в 2400 км на топливе Shell V-Power Diesel вполне достаточно для практически полной очистки камеры сгорания и инжектора. Естественно, преимущества данного топлива в наибольшей степени могут проявиться при использовании на автомобилях с пробегом, тогда как на новых автомобилях разница будет незаметной.

Дизельное топливо получают путем переработки нефти, поэтому одним из его компонентов остаются сернистые соединения. Хотя чистой серы в составе горючего нет, ее производные все же присутствуют в достаточно большом количестве (до 7 %). Чтобы удалить часть сернистых веществ и повысить экологичность дизтоплива, применяют различные виды очистки - гидрокрекинг и щелочную обработку едким натром.

Причинами ограничения содержания серы в топливе являются:

1. коррозийное воздействие на элементы поршневой;
2. появление нагара и отложений;
3. преждевременный износ топливной и выхлопной системы;
4. дымность выхлопа;
5. выброс сернистых соединений и других вредных веществ в атмосферу;
6. несоответствие стандартам, что ограничивает применение автомобилей.

Чтобы продлить сроки эксплуатации дизелей и избежать загрязнения окружающей среды, приняты ограничения на содержание серы в дизельном топливе.

Влияние серы в дизельном топливе на двигатель

Действующие стандарты жестко регламентируют фракционный состав горючего, в том числе и сернистых соединений. Однако определенный процент таких веществ все же остается, несмотря на очистку и обработку исходного сырья. Полностью удалять сульфиды и другие сернистые элементы очень дорого и нерентабельно.

Присутствие таких сернистых веществ при взаимодействии с парами воды приводит к образованию сернистой и серной кислоты. В результате появляется коррозия металлических деталей поршневой группы, топливной и выхлопной системы. Образование отложений ухудшает отвод тепла, снижает компрессию, ограничивает подвижность колец.

Влияние серы на свойства топлива ограничивает и технические характеристики самих дизельных двигателей, а именно:

• снижается мощность;
• повышается расход топлива;
• ухудшаются мощностные и разгонные характеристики.

Из-за высокого содержания серы в судовом топливе или горючем для других дизелей изменяется сам процесс сгорания смеси. В результате возможна потеря мощности, снижение экономичности и ухудшение динамики дизеля.

Нужно учитывать, что низкое содержание серы тоже не очень хорошо для дизеля. При уменьшении сернистых соединений ниже 0,035 % ухудшаются смазывающие свойства горючего. В результате появляется преждевременный износ и сокращаются сроки эксплуатации топливной системы. Чтобы устранить эту проблему, используют специальные присадки.

Стандарты экологичности дизтоплива

Определенного баланса между содержанием серных веществ и экологичностью горючего удалось добиться с появлением соответствующих стандартов (Евро 0-6). Эти нормы регламентируют выброс вредных элементов и технические характеристики дизтоплива . Последние принятые варианты - Евро 5 и 6 (2009 и 2015 г. соответственно), согласно которым вредные выбросы не должны превышать следующих значений:

1. оксид углерода - 0,5;
2. оксид азота - 0,18 - 0,08;
3. взвешенные частицы - 0,005.

Совсем не допускается присутствие углеводорода и летучих органических веществ.

Технические характеристики дизтоплива

Легковые машины, грузовики, автобусную и специальную технику заправляют горючим в соответствии с климатическими условиями. Есть летнее, зимнее и арктическое топливо. По температуре применения горючее разделяют на сорта (A-F) и классы (0-4). Такое топливо отличается следующими показателями:

• цетановое число 45–51;
• содержание серы в дизельном топливе Евро 5 и 6 - не более 10 мг;
• температура фильтрации - до -55 °С;
• плотность в пределах 0,830-0,860 г/см 3 .

Согласно российского ГОСТ содержание серы в дизельном топливе тоже не должно превышать 10 мг.

Если вам понравилась наша статья и мы как-то смогли ответить на ваши вопросы - то будем очень благодарны за хороший отзыв о нашем сайте!