Сера в дизельном топливе: на что влияет, нормы, стандарты

Сера признана источником загрязнения в составе дизельного топлива. Ее наличие в ДТ влияет на функционирование двигателя и окружающую среду. В данной статье мы изучим воздействие серы на эффективность дизельных двигателей, рассмотрим установленные нормы серы в дизельном топливе.

Уровень серы в дизельном топливе играет важную роль, воздействуя на его качество и экологическую безопасность. Нормативы по содержанию серы варьируются в разных регионах и странах. В Российской Федерации, в соответствии с ГОСТом 32511-2013, который соответствует европейскому стандарту EN 590:2009, дизельное топливо по содержанию серы разделяется на три экологических класса:

• класс К3, где содержание серы не превышает 350 мг/кг;
• класс К4 с максимальным содержанием серы до 50 мг/кг;
• класс К5 с предельным содержанием серы в 10 мг/кг.

В стране активно ведется работа по повышению экологических требований к топливу. Содержание серы в 80% дизельного топлива в России находится на уровне 0,2%, что является стандартом для российского рынка. В городах с проблемами загрязнения воздуха выпускается топливо с еще более низким уровнем серы — 0,05%.

В Европейском Союзе допустимый предел серы в дизтопливе составляет 10 мг/кг, что было установлено с введением стандарта Euro-5 в 2008 году. Это способствовало снижению вредных выбросов в атмосферу. В Соединенных Штатах до 1993 года содержание серы в дизеле могло достигать 5,000 ppm. С 2006 года были введены более жесткие нормы, сократившие это значение до 15 ppm.

Международная морская организация (IMO) в рамках правил IMO 2020 установила лимит содержания серы в топливе для кораблей в 0,50% по массе за пределами контрольных зон выбросов, что значительно меньше прежнего порога в 3,5%.

Присутствие серы в дизтопливе влечет за собой ряд последствий для работы автомобильных двигателей и состояния окружающей среды. Рассмотрим основные эффекты, вызванные серой в горючем:

1. Когда дизельное топливо сгорает, содержащаяся в нем сера превращается в кислоты, ускоряющие процессы коррозии внутри двигателя. Это приводит к ускоренному износу, особенно поршневой группы, а также сокращает продолжительность эксплуатации двигателя.
2. Уровень серы напрямую влияет на формирование отложений и нагара внутри двигателя, в особенности в зонах контакта с продуктами сгорания. Это снижает эффективность работы топливной системы и системы выпуска отработавших газов.
3. Попадание соединений серы в атмосферу через выхлопные газы приводит к их накоплению на поверхностях и возможному вдыханию человеком, что угрожает здоровью органов дыхания. Выбросы также способствуют образованию токсичного смога и копоти, ухудшая качество воздуха, особенно в густонаселенных городских районах.

Удаление серы из дизельного топлива представляет собой задачу высокой сложности и стоимости, в результате чего в топливе неизбежно сохраняется определенное ее количество. Однако чрезмерно низкий уровень серы, особенно менее 0,035%, может вызвать несколько нежелательных эффектов:

• Снижение смазочной способности топлива. Незначительное содержание серы необходимо для поддержания смазки в дизтопливе. Падение ее уровня ниже критической отметки может привести к ухудшению этой характеристики, что критично для работы двигателя.
• Износ плунжера топливного насоса высокого давления усиливается. Сера выполняет функцию смазки для определенных деталей топливной системы, в том числе для плунжера насоса. Пониженное содержание серы ускоряет износ этих деталей.

Укорочение срока службы компонентов топливной системы. Низкое содержание серы может отрицательно повлиять на прочность и стабильность работы различных элементов системы, ускоряя их износ и сокращая время службы. В случаях, когда концентрация серы в дизельном топливе опускается ниже 0,035%, применяются специальные присадки, улучшающие смазочные качества топлива. Но в России производство таких присадок не налажено, что представляет определенные трудности для обеспечения высокого качества горючего.

Массовая доля серы в дизельном топливе определяется с помощью химического анализа. Этот процесс включает следующие этапы:

1. Отбор образцов. Сначала проводится отбор образцов дизтоплива для анализа. Важно, чтобы образцы были нормальными и правильно хранились до проведения анализа.
2. Применение аналитических методов. Для определения содержания серы в дизельном топливе используются различные методы, такие как:
   • Метод Х-рентгеновской флуоресценции (XRF). Включает облучение образца ДТ рентгеновскими лучами. Энергия, продуцируемая атомами серы в образце, измеряется и анализируется для определения содержания серы.
   • Метод ультразвуковой флуоресценции. Используется ультразвук для возбуждения атомов серы в образце, что приводит к испусканию света. Интенсивность света затем измеряется для определения количества серы.
   • Метод индуктивно-связанной плазмы (ICP). Образец топлива распыляется в плазменный источник, где элементы в образце возбуждаются до испускания света на специфических длинах волн. Интенсивность испускаемого света затем анализируется для определения концентрации серы.
   • Метод Кульмана. Это химический метод, при котором сера окисляется до диоксида серы, который затем анализируется.
3. Обработка данных. Полученные данные анализируются для определения массовой доли серы в образце дизеля.
4. Соответствие стандартам. Полученные результаты сравниваются с нормативными требованиями (например, с ГОСТ в России или стандартами Евро-5 в Европейском Союзе) для установления соответствия стандартам качества.

Удаление серы из дизельного топлива является важным процессом для создания более чистого и экологически безопасного горючего. Применяются следующие технологии:

1. Применение сорбентов. Этот метод заключается в использовании сорбирующих веществ, которые притягивают и разрушают молекулы серы, эффективно очищая от них топливо.
2. Гидроочистка. В процессе гидроочистки в дизельное топливо вводят водород под высоким давлением. Температура топлива повышается до 420°С, и после начала химической реакции проводится многоступенчатое охлаждение - сначала до 160°С, затем до -38°С, и, наконец, нагревание до +8°С для последующего разделения на газ и жидкость. Очищенное топливо проверяется на соответствие стандартам по содержанию серы перед выпуском в продажу.
3. Сернокислотное рафинирование. Добавление концентрированной серной кислоты в дизельное топливо позволяет связать серосодержащие компоненты, образуя гудрон, который затем удаляется из ДТ.
4. Использование адсорбирующих материалов. Адсорбенты, такие как искусственные добавки или естественные материалы вроде глины, способны не только снизить содержание серы, но и улучшить цвет топлива, благодаря их способности удерживать серные молекулы.

Эти методы существенно уменьшают уровень серы в дизельном топливе, что делает их использование предпочтительнее в плане экологических и эксплуатационных характеристик.