Кіріспе
Дизель отынының өнімділігін бағалау. Цетан саны (цетандық бағасы) (CN) – дизель отынының жану жылдамдығын және тұтандыру үшін қажетті қысымды көрсететін шама. Ол дизель отыны үшін бензиннің октандық саны сияқты маңызды рөл атқарады. Цетан саны дизель отынының сапасын анықтаудағы маңызды фактор, бірақ жалғыз емес; дизель отынының сапасын бағалаудағы басқа өлшемдерге энергия мазмұны, тығыздық, майлау қасиеттері, төмен температурада ағызу қабілеті және күкірт мөлшері кіреді (бірақ олармен ғана шектелмейді).
Cetane number (cetane rating) (CN) is an indicator of the combustion speed of diesel fuel and compression needed for ignition. It plays a similar role for diesel as octane rating does for gasoline. The CN is an important factor in determining the quality of diesel fuel, but not the only one; other measurements of diesel fuel's quality include (but are not limited to) energy content, density, lubricity, cold flow properties and sulphur content.
Анықтама
Отынның цетандық саны, цетан мен изоцетанның бірдей тұтанбау кешіктіруіне ие қоспасын анықтау арқылы белгіленеді. Цетанның цетандық саны 100 деп белгіленген, ал изоцетанның өлшенген цетандық саны 15-ке тең, бұл бұрынғы эталондық отын – альфа-метилнафталинды ығыстырады, оған 0 цетандық саны тағайындалған. Қоспа белгілі болғаннан кейін, цетандық сан цетанның 100 және гептаметилнонанның 15-інің көлемдік салмақталған орташасы ретінде есептеледі, нәтижесі ең жақын толық санға дейін дөңгелектеледі. Финляндияда St1 (Diesel Plus), Shell (GTL құрамында) және ABC (Smart Diesel) май құю станцияларында сатылатын жоғары сапалы дизель отынының ең төменгі цетандық саны 60-қа тең, ал әдеттегі мәні 63 құрайды. Финляндияда сатылатын Neste MY жаңартылатын дизелінің ең төменгі цетандық саны 70-ке тең. Солтүстік Америкада көптеген штаттар дизель отыны стандарты ретінде ASTM D975 стандартын қабылдайды және ең төменгі цетандық сан 40-қа белгіленеді, ал әдеттегі мәндер 42-45 аралығында болады. Жоғары сапалы дизель отынының цетандық саны жеткізушіге байланысты жоғарырақ болуы мүмкін немесе болмауы мүмкін. Жоғары сапалы дизель көбінесе цетандық санды (CN) және майлау қабілетін жақсарту үшін қоспалар, отын инжекторларын тазалау және көміртегі шөгінділерін азайту үшін жуғыш заттар, суды таратушы заттар және географиялық және маусымдық қажеттіліктерге байланысты басқа да қоспаларды қолданады. Калифорниядағы дизель отынының ең төменгі цетандық саны 53-ке тең. Техас төмен эмиссиялы дизель (TxLED) бағдарламасы бойынша 110 округте дизель отынының цетандық саны 48 немесе одан жоғары болуы керек, немесе мақұлданған баламалы құрамын пайдалану керек немесе белгіленген баламалы шектерге сәйкес болуы керек. Солтүстік Америкада сатылатын Neste MY жаңартылатын дизелінің цетандық саны 70 және одан жоғары.
Қосымшалар
Алкил нитраттары (көбінесе 2-этилгексил нитраты) және ди-трет-бутил пероксиді цетан санын арттыру үшін қоспалар ретінде пайдаланылады.
Балама отын
Өсімдік майынан алынған биодизельдің цетан саны 46-дан 52-ге дейін, ал жануар майынан алынған биодизельдің цетан саны 56-дан 60-қа дейін болатыны анықталған. Диметил эфирі жоғары цетан санына (55-60) ие болғандықтан және оны биоотын ретінде өндіруге болатындықтан, дизель отыны ретінде қолданылуы мүмкін. Диэтил эфирі сияқты сұйық түрдегі эфирлерді қоса алғанда, көптеген қарапайым эфирлерді дизель отыны ретінде пайдалануға болады, бірақ майлау қасиеттеріне қатысты мәселелер туындауы мүмкін.
Химиялық маңыздылығы
Цетан – химиялық формуласы C16H34 және нақты құрылымдық формуласы CH3(CH2)14CH3 болатын көмірсутек. Ол сондай-ақ n-гексадекан деп аталады, бұл тармақталмаған қаныққан алкан. Цетан қысым астында қысқа кешігумен тұтанады және оған 100 цетан саны беріледі. Ұзақ кешігу периодына ие альфа-метилнафталенге 0 цетан саны тағайындалған, бірақ ол эталондық отын ретінде 2,3,4,5,6,7,8-гептаметилнонанмен алмастырылды, оған 15 цетан саны берілді. Дизель отынындағы барлық басқа көмірсутектердің тұтану жылдамдығы цетанға қатысты, яғни дизель қозғалтқышының жағдайларындағы қысым кезінде анықталады. Дизель отыны жүздеген компоненттерден тұратындықтан, отынның жалпы цетан саны – барлық компоненттердің орташа цетан сапасы. Жоғары цетан компоненттерінің ықпалы пропорционалсыз, сондықтан жоғары цетан қоспаларын қолдану қажет.
Цетан санын өлшеу
Сетан санындағы мәнді дәл өлшеу қиын, себебі бұл үшін Арнаулы жанармай зерттеу (CFR) қозғалтқышы деп аталатын арнайы дизельді қозғалтқыш қажет. Стандартты сынақ жағдайында CFR қозғалтқышының операторы қолмен басқару дөңгелегін пайдаланып, отын шашыру мен тұтану арасындағы уақыт 2,407 мс-қа тең болғанша қозғалтқыштың сығылу қатынасын (және соның салдарынан цилиндрдегі ең жоғары қысымды) арттырады. Содан кейін сетан саны кетандар (гексадекан) және изоцетан (2,2,4,4,6,8,8 гептаметилнонан) қоспасының тұтанудың бірдей кешігуіне себеп болатын араласқандағы құрамын анықтау арқылы есептеледі.
Жалын сапасының тестілеуі (IQT)
Дизель отынының алынған цетан санын (DCN) өлшеудің тағы бір сенімді әдісі – Жану сапасын тексеру құралы (IQT). Бұл құрал цетан санын өлшеуде CFR-ге қарағанда қарапайым және берік тәсіл қолданады. Отын шамамен 575°C температурадағы тұрақты көлемді жану камерасына жіберіледі. Инжекцияның басталуы мен жану камерасының қысымының қалпына келуі арасындағы уақыт тұтану кешігуі ретінде анықталады. Бұл өлшенген тұтану кешігуі отынның DCN-ін есептеу үшін пайдаланылады. Отынның DCN-і тұтану кешігуіне кері эмпирикалық байланыс арқылы есептеледі. IQT-ның қайталанатындығы, материалдық құнының төмендігі және жылдамдығының жоғары болуы салдарынан 2000-шы жылдардың соңынан бері отынның DCN өлшемдері үшін анықтамалық көз болып табылады.
Отынның тұтануын сынау
Дизель отынының алынған цетан санын өлшеудің тағы бір сенімді әдісі – Отынның тұтануын тексеру құралы (FIT). Бұл құрал КН өлшеуге CFR-ге қарағанда қарапайым және берік тәсіл қолданады. Отын тұрақты көлемді жану камерасына жіберіледі, ондағы қоршаған орта температурасы шамамен 575 °C құрайды. Отын жанып, камера ішіндегі қысымның күрт өсуі жанудың басталуын анықтайды. Отынның тұтану кешігуі отын шашырудың басталуы мен жанудың басталуы арасындағы уақыт ретінде есептелінеді. Отынның алынған цетан саны тұтану кешігуіне кері пропорционалды эмпирикалық байланыс арқылы есептелуі мүмкін.
Цетан индексі
Отынды пайдаланушылар сапаны бақылау үшін қолданатын тағы бір көрсеткіш – цетан индексі (CI), ол отынның тығыздығы мен дистилляция ауқымына негізделген есептелген сан. Метрикалық немесе британдық өлшем бірліктерінің қолданылуына және қолданылатын дистилляция нүктелерінің санына қарай осы көрсеткіштің әртүрлі нұсқалары бар. Бүгінгі таңда көптеген мұнай компаниялары «4 нүктелік әдіс» ASTM D4737 стандартын қолданады, ол тығыздыққа және 10%, 50% және 90% қайта қалпына келтіру температураларына негізделген. «2 нүктелік әдіс» ASTM D976 стандартында сипатталған, ол тек тығыздық пен 50% қайта қалпына келтіру температурасын пайдаланады. Бұл 2 нүктелік әдіс цетан индексін жоғары бағалауға бейім және қолдану ұсынылмайды. Цетан индексін есептеу кезінде цетанды жақсартатын қоспалар ескерілмейді, сондықтан ол қосылған дизель отынының толық цетан санын анықтамайды. Дизель қозғалтқышының жұмысы негізінен нақты цетан санымен байланысты, ал цетан индексі – тек базалық (қоспасыз) цетан санын бағалау болып табылады.
Өнеркәсіп стандарттары
Цетан санын өлшеуге арналған өнеркәсіптік стандарттар: CFR қозғалтқышы үшін ASTM D613 (ISO 5165), IQT үшін D6890 және FIT үшін D7170.