NÍZKOTEPLOTNÍ VLASTNOSTI PALIV A MAZIV

Transkript

1 VYSOKÁ ŠKOLA CHEMICKO ICKO-TECHNOLOGICKÁ V PRAZE Fakulta technologie ochrany prostředí Ústav technologie ropy a alternativních paliv NÍZKOTEPLOTNÍ VLASTNOSTI PALIV A MAZIV Laboratorní cvičení

2 ÚVOD Pro bezproblémový chod spalovacích zařízení, motorů a dalších strojních zařízení při nízkých teplotách jsou důležité nízkoteplotní vlastnosti používaných paliv a maziv. S klesající teplotou se postupně snižuje tekutost paliv a maziv. Při úplné ztrátě tekutosti se pak nemůže olej či palivo dopravovat v palivovém resp. mazacím systému, což může vést k přerušení činnosti, většímu opotřebení nebo dokonce k poruše příslušného zařízení. Mezi nejčastěji stanovované nízkoteplotní vlastnosti paliv a maziv patří teplota vylučování parafinů, bod tekutosti a filtrovatelnost (CFPP). Teplota vylučování parafinů (Cloud Point) se stanovuje u paliv (nafta, bionafta), maziv (motorové a průmyslové oleje) a dalších ropných produktů. Teplota vylučování parafínů je definována jako nejvyšší teplota, při které lze ve vzorku zpozorovat zákal způsobený přítomností krystalků parafinů při ochlazování vzorku standardním způsobem. Nemusí se nutně jednat o stejnou teplotu, při které se objeví celistvý prstenec či vrstva krystalů parafinu na dně zkumavky (tyto teploty jsou zpravidla nižší). První shluky krystalků vylučujících se parafínů vypadají jako mléčný zákal na dně skleněné zkumavky. Pro většinu vzorků platí, že se parafíny začínají vylučovat po obvodu zkumavky, kde je teplota nejnižší. Rozsah a pozice zákalu však také závisí na původu vzorku. Některé vzorky tvoří velké, snadno rozpoznatelné shluky parafinů, zatímco u jiných vzorků jsou rozpoznatelné jen obtížně. Při dalším ochlazování vzorku pod teplotu vylučování parafínu dochází k růstu parafinických krystalů a rozsahu zákalu. Bod (teplota) tekutosti se stanovuje podobně jako bod zákalu u maziv, některých paliv a u dalších ropných výrobků. Bod tekutosti je definován jako nejnižší teplota, při které zůstává vzorek ještě tekutý při ochlazování standardním způsobem. Postupná ztráta tekutosti je přitom způsobena zvyšováním obsahu pevných parafinických podílů vznikajících při ochlazování vzorku. Bod tekutosti je nízkoteplotní parametr s nejnižší hodnotou a udává v podstatě limitní hodnotu použitelnosti kapalných produktů. Filtrovatelnost (CFPP Cold Filter Plugging Point) je definována, jako nejvyšší teplota při které již neproteče 20 ml vzorku sítkem s definovanou velikostí (filtr) za dobu kratší než 60 s. Vzorek je přitom nasáván přes filtr konstantním podtlakem 2 kpa a při standardních podmínkách ochlazování. Teplota filtrovatelnosti leží zpravidla mezi teplotou vylučování parafínů a bodem tekutosti. Zkouška filtrovatelnosti se provádí především u motorových naft, kde do jisté určité míry simuluje filtraci nafty v palivovém systému vozidla. Motorové nafty se dělí na různé druhy právě podle hodnoty CFPP (někdy i podle teploty vylučování parafinů). S ohledem na klimatické podmínky jsou v České republice předepsány tři druhy motorových naft označené jako třída B, třída D a třída F (letní nafta, nafta pro přechodové období a zimní nafta). Předepsaná období pro jednotlivé druhy naft jsou spolu s jejich požadovanými nízkoteplotními vlastnostmi uvedeny v tab. 1. 1

3 Tab. 1: Přehled nízkoteplotních vlastností motorových naft (dle ČSN EN 590) distribuovaných na českém trhu Parametr třída B třída D třída F Časové období Filtrovatelnost - CFPP ( o C) < 0 < -10 < -20 TVP * ( o C) neurčeno neurčeno < -8 * * Uvedená hodnota je pouze informativní ZADÁNÍ PRÁCE 1. Stanovte teplotu vylučování parafínů a teplotu tekutosti u jednoho vzorku mazacího oleje. 2. Stanovte teplotu vylučování parafínů a teplotu tekutosti vzorku neaditivované motorové nafty a téže nafty aditivované depresantem (1 koncentraci depresantu sdělí vedoucí práce). 3. Stanovte CFPP vzorku neaditivované motorové nafty a téže nafty aditivované depresantem na dvou koncentračních úrovních (2 koncentrace aditiva sdělí vedoucí práce). 4. Na základě předchozí kalibrace (bod 3) odhadněte obsah depresantu ve vzorku nafty obsahující neznámé množství této přísady. 2

4 PRACOVNÍ POSTUPY Teplota vylučování parafinů (podle normy ASTM D 2500) Sestavte aparaturu uvedenou na obr. 1. Vzorek se nalije do zkumavky, na které je označení hladiny plnění. Zkušební zkumavka se uzavře gumovým víčkem, kterým prochází teploměr. Teploměr se ponoří do vzorku a zasune se až na dno zkušební zkumavky. Zkumavka se vzorkem se poté umístí do chladící lázně. Neznámý vzorek se umístí nejdříve do chladící lázně o teplotě 0 C. Při teplotě 10 C se začíná pozorovat, zda ve vzorku nevznikl zákal. Když teplota vzorku poklesne na 9 C, ochladí se lázeň na -18 C. Po dalším poklesu teploty vzorku na -6 C, se lázeň opět rychle ochladí na -33 C. Skokové snížení teploty chladící lázně dále pokračuje podle tab. 1. Při každém ochlazení vzorku o 1 C se zkumavka rychle vytáhne z chladící aparatury a zkontroluje se, zda se ve spodní části zkumavky nevytvořil zákal. Tato operace nesmí trvat více než 3 vteřiny. Pokud se zákal nevytvořil, pokračuje se v dalším ochlazování. Pakliže ano, zaznamená se aktuální teplota jako teplota vylučování parafinů a test se ukončí. V rámci úspory času pokračujte po dosažení teploty vylučování parafinů (TVP) v měření bodu tekutosti. Po zaznamenání TVP pouze změňte polohu teploměru pro měření bodu tekutosti (umístění těsně pod hladinou vzorku) a pokračujte v ochlazování vzorku. Teploměry Chladící medium Zátka Nádoba Zkumavka Těsnění Chladící lázeň Těsnící kroužek Obr. 1: Aparatura pro stanovení teploty vylučování parafinů 3

5 Tab. 2: Předepsaná teplota lázní při ochlazování vzorku Teplota lázně C Teplota vzorku C 0 ± 1,5 > 9-18 ± 1,5 9 až ± 1,5-6 až ± 1,5-24 až ± 1,5-42 až -60 Bod (teplota) tekutosti (podle normy ASTM D 97) Pracovní postup při stanovení bodu tekutosti je do značné míry podobný postupu stanovení teploty vylučování parafinů (viz obr. 2). Rozdíl v aparatuře spočívá pouze v umístění teploměru. Při stanovení bodu tekutosti je teploměr umístěn těsně pod hladinou vzorku a nikoliv na dně zkušební zkumavky. Teplota chladících lázní i postup ochlazování je stejný jako při stanovení teploty vylučování parafinů. Vzorek se začíná sledovat od teploty + 27 C. Po ochlazení vzork u o 3 C se vyjme zkumavka a pozoruje se pohyblivost vzorku. Pokud je vzorek tekutý, vrátí se zkumavka zpět do chladící aparatury, vzorek se ochladí o další 3 C a pozorování vzorku se opakuje. Při ochlazování se postupně vzorek stává méně tekutý a při kontrole tekutosti je třeba stále více naklánět zkušební zkumavku až do horizontální polohy. Pokud vzorek během pěti vteřin po umístění do horizontální polohy stále vykazuje známky tekutosti, vrátí se zpět do chladící aparatury a pokračuje se v ochlazování (o další 3 C). Jestli-že vzorek během pěti vteřin nevykazuje žádné známky tekutosti, k aktuální teplotě vzorku se přičtou 3 a výsledná teplota se zaznamená jako teplota tekutosti. 4

6 Teploměry Zátka Nádoba Zkumavka Hladina vzorku Těsnění Chladící lázeň Těsnící kroužek Obr. 2: Aparatura pro stanovení teploty tekutosti Filtrovatelnost - CFPP (podle normy EN 116, IP 309) Automatický přístroj pro měření CFPP (Normlab) je nutno připojit ke kryostatu, který dodává chladící lázeň požadované teploty. Jako chladící médium se používá etanol. 1. Připojte přístroj ke kryostatu, zapněte kryostat a nastavte teplotu lázně. Při očekávaném CFPP větším než -20 C, musí být teplota chladící lázně nižší než - 33 C. Po dosažení teploty vzorku -20 C ( CFPP je nižší než -20 C ) je nutné, aby měla chladící lázeň teplotu cca -51 C. Pokud není chladící výkon kryostatu dostatečný pro dosažení požadované teploty, je třeba do chladící lázně kryostatu přidávat suchý led (CO 2 (s)). 2. Zapněte přístroj hlavním vypínačem, který je umístěn vpravo dole na zadním panelu. 3. Pokud má chladící lázeň dostatečně nízkou teplotu (< -33 C, popř. cca -51 C), naplňte zkumavku vzorkem po rysku, vložte jí do cely a spusťte sítko s teploměrem do zkumavky. 4. Na kontrolním displeji je jako první údaj zobrazen symbol měřící cely. (P1 - levá, P2 - pravá). Tlačítkem <UNIT> se přepíná aktuální zobrazovaná cela. 5

7 5. Po prvním stisknutí tlačítka <START T> se zobrazí počáteční teplota od které se začíná měřit CFPP. Zadejte hodnotu (doporučená hodnota je -5 C) pomocí klávesnice a potvrďte tlačítkem <ENTER>. Tato teplota by měla být alespoň o 5 C vyšší než CFPP. 6. Po dalším stisku tlačítka <START T> se zobrazí údaj o rozmrazování vzorku. Rozmrazování se používá po ukončení měření vzorku. Pro rozmrazení zadejte 1 <ENTER>; vypnutí rozmrazování 0 <ENTER>. 7. Dvoupolohové přepínače po stranách hlavního ovládacího panelu slouží k přepínání zobrazované teploty aktuální cely (teplota chladící lázně nebo vzorku). 8. Pokud jste zadali počáteční teplotu, spusťte měření tlačítkem <ON/OFF>. Od této chvíle už přístroj pracuje automaticky a je třeba pouze udržovat dostatečně nízkou teplotu lázně v kryostatu (-35 resp. -51 C). Před vlastním měřením nebo kdykoliv během něho je možné vyzkoušet nasávání vzorku přes sítko tlačítkem <TEST>. Nepoužívejte však toto tlačítko zbytečně (při každém nasátí vzorku se vzorek zahřeje). 9. Po dosažení CFPP přístroj tuto teplotu zaznamená a lze ji vyvolat tlačítkem <EDIT>. Pokud je k přístroji připojena tiskárna, vytiskne graf celého průběhu měření (čas potřebný k nasátí 20 ml vzorku v závislosti na teplotě vzorku). Po skončení měření opatrně vyjměte zkumavku ze zkušební cely tak, aby v ní zůstal teploměr a sítko a uzavřete měřící celu. Zkumavku poté nechte rozmrazit nad měřící celou (druhá možnost rozmrazení vzorku je ponechání zkumavky v měřící cele a zapnutí funkce rozmrazování). V případě, že už nebudete dále provádět žádná měření, vypněte také kryostat. Vymyjte zkumavku, sítko a odměrnou nádobku acetonem (pozor na povrch přístroje, jehož lak aceton rozpouští!), nechte vysušit a sestavte aparaturu, aby byla připravena k dalšímu měření. Pokud jste ukončili všechna měření, vypněte hlavní vypínač přístroje. 6

8 Obr. 3: Ovládací panel přístroje Normlab Popis tlačítek: <ON/OFF> Zapnutí a vypnutí automatického měření CFPP. <START T> První stisknutí - zadání teploty první zkoušky. Druhé stisknutí - zapnutí/vypnutí rozmrazování vzorku (volte 0/1). <EDIT> První stisknutí - zobrazí CFPP posledního vzorku v dané cele. Druhé stisknutí - tisk výsledků (pokud je připojena tiskárna). <SAMPLE> Po stisknutí je možné zadat číslo vzorku. <TEST> Zkouška nasávání a filtrování vzorku (lze spustit kdykoliv). <UNIT> Přepínání aktuální cely, jejíž parametry jsou zobrazeny na displeji. 7