Дизельное топливо получают из нефтяных фракций путём прямой перегонки. Оно содержит не только соляровые фракции, но и газойлевые с керосиновыми. Эти фракции выкипают при температурах от 180 до 350 °C. Температура вспышки дизельного топлива не выше +70 °С. Оно применяется для дизельных двигателей с высокими оборотами (в железнодорожном, водном, авиационном транспорте и т. д.).
Дизельное топливо первым получил немецкий учёный и изобретатель Рудольф Дизель в 1892 году. Он работал в компании «Хладогенераторы Линде», в которой в это время разрабатывали конструкцию механического холодильника. Принципом работы холодильной установки было испарение и конденсат аммиака при помощи механического насоса.
Помимо основной работы Рудольф Дизель проводил научные исследования по созданию эффективного теплового устройства, которое превращало бы тепловую энергию в механическую. В своих лабораторных экспериментах он изначально использовал аммиак как рабочее тело установки. В качестве топлива применялся порошок из каменного угля.
Уже в ходе экспериментов было установлено, что опытные образцы дизельного двигателя имели небольшое преимущество над паровыми установками. Дизель создал промышленный образец двигателя, который имел коммерческий успех. Новую силовую установку изобретатель назвал атмосферным газовым двигателем.
Однако такое название надолго не прижилось, и изобретение стали называть просто «дизель» в честь создателя агрегата. Многочисленные контракты и устойчивый спрос на новое изобретение подтолкнули Дизеля покинуть филиал Карла фон Линда и открыть свой собственный завод по производству дизельных двигателей.
Первые двигатели Дизеля работали на растительных маслах или лёгких нефтепродуктах. Первоначально в качестве идеального топлива он предлагал каменноугольную пыль – Германия при больших запасах угля не имела нефти. Эксперименты же показали невозможность использования угольной пыли в качестве топлива – прежде всего из-за высоких абразивных свойств как самой пыли, так и золы, получающейся при сгорании; также возникали большие проблемы с подачей пыли в цилиндры.
Сначала Дизель тестировал сырую нефть из Печельбронна, но вскоре заменил её бензином и керосином, поскольку сырая нефть оказалась слишком вязкой. Основным тестовым топливом для дизельного двигателя был керосин. Также Дизель экспериментировал с различными типами лампового масла и различными типами бензина и лигроина, которые все подходили одинаково хорошо. В экспериментах пробовали креозотовое масло, парафиновое масло, газойль и мазут.
В Шотландии и Франции сланцевое масло использовалось в качестве топлива для первых дизельных двигателей производства 1898 года, поскольку другие виды топлива были слишком дорогими. В 1900 году французское общество Отто создало дизельный двигатель, работавший на сырой нефти, который был выставлен на Парижской выставке 1900 года и Всемирной выставке 1911 года в Париже. Двигатель работал даже на арахисовом масле без всяких модификаций. Во время первых испытаний Дизель также использовал осветительный газ в качестве топлива.
Эммануил Нобель приобрел лицензию на двигатель внутреннего сгорания Рудольфа Дизеля в 1898 году. Двигатель приспособили для работы на нефти, а не на керосине. С 1899 году Механический завод «Людвиг Нобель» в Петербурге развернул массовое производство дизельных двигателей. В 1900 году на Всемирной выставке в Париже двигатель получил Гран-при. Он стал называться в Европе «русский дизель».
Эммануил Нобель
Примерно 30 лет такие двигатели широко применялись в стационарных механизмах и силовых установках морских судов, однако существовавшие тогда системы впрыска топлива с воздушными компрессорами не позволяли применять дизельные двигатели в высокооборотных агрегатах. Небольшая скорость вращения, значительный вес воздушного компрессора сделали невозможным применение первых дизельных двигателей на автотранспорте.
В 1908 году был построен лёгкий автомобильный двигатель на дизеле. В 1920-е годы немецкий инженер Роберт Бош усовершенствовал двигатель, и его стали применять как силовой агрегат для вспомогательного и общественного транспорта, для установки на пассажирских и небольших грузовых автомобилях.
В 1923 году Карл Бенц выпустил первый дизельный грузовик. Первым легковым дизельным автомобилем была модель «Розали» французской компании «Ситроен» в 1933 году.
До того как дизельное топливо получило повсеместное распространение, дизельные двигатели обычно работали на дешёвом топливе. В Соединенных Штатах топливо делали из нефти, а в Европе использовалось каменноугольное креозотовое масло. Некоторые дизельные двигатели даже заправлялись смесью нескольких различных видов топлива, таких как бензин, керосин, рапсовое или смазочное масло, потому что они не облагались налогом и, следовательно, были дешёвыми. И только после Второй мировой войны были стандартизированы первые современные высококачественные дизельные топлива.
В морских судах, где к концу 1970-х годов преобладали дизельные двигатели из-за роста затрат на топливо, вызванного энергетическим кризисом 1970-х годов, дешёвое тяжёлое жидкое топливо до сих пор используется вместо обычного автомобильного дизельного топлива. Это топливо, часто называемое «бункером C», можно использовать не только на дизельных, но и на паровых судах.
Дизельное топливо сейчас производится из различных источников, наиболее часто из нефти. Другие источники: биомасса, животный жир, биогаз, природный газ и сжижение угля.
Если оно производится из нефти, то на самом деле это продукт из лёгких газойлей, полученных при атмосферной перегонке нефти, а также с помощью гидрокрекинга, термического или каталитического крекинга и коксования нефтяных остатков. В его состав входят углеводороды с интервалом кипения 200–350 °C. Дизель состоит из более тяжёлых углеводородов, чем бензин и керосин, он более вязкий и тёмный (прозрачен, но имеет желтоватый или коричневатый оттенок).
В дизельном двигателе горючая смесь воспламеняется не от искрового зажигания, а в результате сжатия. Это значит, что, в отличие от бензинов, для дизельного топлива высокая детонационная стойкость как раз нежелательна. Главный критерий его качества – воспламеняемость, которая выражается цетановым числом. Подобно определению октанового числа бензина его получают, сравнивая исследуемое топливо со смесью цетана и α-метилнафталина. Процентное содержание цетана в смеси с аналогичной воспламеняемостью и даст цетановое число. Высокое цетановое число и хорошая воспламеняемость дизельного топлива снижают время запуска двигателя, уровень выбросов и шум. Ещё одна важная качественная характеристика дизеля – низкотемпературные свойства, то есть способность не замерзать при низких температурах.
Углеводородный состав дизельной фракции более сложен, чем у более лёгких дистиллятов: в зависимости от процесса получения здесь можно найти и парафиновые углеводороды (алканы), и ароматические углеводороды, и олефины, и изопарафины. Каждое из этих веществ обладает своими преимуществами и недостатками с точки зрения применения дизеля. Например, у алканов отличная воспламеняемость, но плохая устойчивость к низким температурам. Зато олефины прекрасно переносят морозы, но значительно снижают цетановое число. Это обстоятельство, в том числе, способствует тому, чтобы производить разные сорта дизельного топлива из различных смесей углеводородов с учетом дальнейшего применения. За основу принимают средние дистилляты прямой перегонки – это всем известная солярка. Ценный компонент дизеля – газойль, у него высокое цетановое число и малое содержание посторонних примесей. Вообще гидроочистка – обязательный процесс при получении качественного дизеля – в средних и тяжёлых дистиллятах скапливается максимальное количество серы и других примесей, бывших в исходном сырьё.
Дизельное топливо более экологично, чем бензин. Продукты его сгорания менее вредны для окружающей среды. А биодизель – это технология производства дизельного топлива с использованием растительных масел. Такое топливо проходит полный распад в почве или воде уже за 30 суток, продлевает жизнь дизельного мотора и снижает риски взрыва или пожара. Биодизель делится на летний, зимний и межсезонный и активно применяется в Европе.
Солярка – более тяжёлая фракция, образующаяся при перегонке нефти. Советская нефтеперерабатывающая промышленность даже выпускала продукт «Соляровое масло» по ГОСТам. Оно проходит щелочную очистку и включено в состав дизельного топлива. Выкипает при температурах от 240 до 400 °C.
В 2008 году более 13 миллионов автомобилей по всему миру работали на пропане
Солярка использовалась в качестве топлива в дизельных моторах тихоходной техники (например, тракторов), также в моторах тепловозов и кораблей. Температура вспышки солярки по ГОСТу всего 40 °С, а на практике производители придерживаются отметки в 45 °С.
Это смесь сжиженных под давлением лёгких углеводородов с температурой кипения от –50 до 0 °C. Сжиженные газы получают из попутного нефтяного газа, который добывается вместе с нефтью на нефтяных месторождениях. Добытый на месторождениях нефтяной газ представляет собой смесь различных углеводородов, водяных паров, азота, а иногда и кислых компонентов: углекислоты и сероводорода. Транспортировать такой газ по трубопроводам на относительно большие расстояния практически невозможно, так как водяные пары и тяжёлые углеводороды при понижении температуры конденсируются, образуя жидкостные, ледяные и гидратные пробки, поэтому нефтяной газ подвергается переработке на газоперерабатывающих заводах.
Сейчас сжиженный газ используется в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания. Обычно для этого применяется смесь пропан-бутан. СУГ является третьим наиболее широко используемым моторным топливом в мире. В 2008 году более 13 миллионов автомобилей по всему миру работали на пропане. Более 20 миллионов тонн СУГ используются ежегодно в качестве моторного топлива.