مکمل‌های سوخت گازوئیل

مکمل‌های سوخت گازوئیل مواد شیمیایی هستند که برای بهبود عملکرد، ثبات و کارایی سوخت دیزل به آن اضافه می‌شوند. این مکمل‌ها انواع مختلفی مانند بهبوددهنده‌های جریان سرد، افزایش‌دهنده‌های ستان، روان‌کننده‌ها و مواد ضدخوردگی دارند. ترکیبات پایه آن‌ها شامل نیترات‌ها، پلیمرها، فنول‌ها و ترکیبات ارگانومتالیک است که خواص شیمیایی مانند پایداری در برابر اکسیداسیون و فیزیکی مانند کاهش ویسکوزیته را ارتقا می‌دهند. کاربردهای آن‌ها شامل استفاده در پالایشگاه‌ها برای رعایت مشخصات، سیستم توزیع برای حفاظت و بازار پس از فروش برای نیازهای خاص است. فرآیند تولید این مکمل‌ها اغلب شامل سنتز شیمیایی مانند پلیمریزاسیون یا اترسازی است و استانداردهایی مانند ASTM D975 و EN590 بر کیفیت و استفاده از آن‌ها نظارت دارند. این مقاله به بررسی جزئیات این جنبه‌ها می‌پردازد تا درک جامعی از نقش مکمل‌ها در سوخت گازوئیل ارائه دهد.

انواع مکمل‌های گازوئیل

مکمل‌های گازوئیل بر اساس عملکرد به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند که هر کدام برای حل مشکلات خاص سوخت طراحی شده‌اند. این انواع شامل بهبوددهنده‌های احتراق، پایدارکننده‌ها و مواد کمکی جریان هستند.

بهبوددهنده‌های ستان (Cetane Improvers)

ستان بوستر سوخت‌های با ستان پایین مفید هستند. در موتورهای دیزل مدرن، استفاده از آن‌ها شروع سرد را آسان‌تر کرده، دود سفید را کاهش می‌دهد و انتشار آلاینده‌هایی مانند هیدروکربن‌ها و مونوکسید کربن را کم می‌کند. ترکیبات پراکسید نیز گزینه‌هایی هستند که بدون نیتروژن عمل می‌کنند اما کارایی کمتری دارند. این مکمل‌ها در سطوح ppm ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ اضافه می‌شوند و پاسخ آن‌ها به نوع هیدروکربن سوخت (پارافین‌ها بهتر از آروماتیک‌ها) بستگی دارد. استانداردهای موتورهای جدید مانند یورو ۶ اغلب نیاز به ستان بالاتر دارند که این مکمل‌ها کمک می‌کنند.

بهبوددهنده‌های جریان سرد (Cold Flow Improvers)

بهبوددهنده‌های جریان سرد مانند کوپلیمرهای اتیلن-وینیل استات، کریستال‌های موم را از صفحات تخت به اشکال کوچک‌تر تبدیل می‌کنند تا از مسدود شدن فیلترها در دماهای پایین جلوگیری شود. این مکمل‌ها نقطه ابری شدن را چند درجه کاهش می‌دهند و امکان عبور سوخت از فیلترها را فراهم می‌کنند. در زمستان، برای سوخت‌های با نقطه نهایی جوش بالا ضروری هستند و در آزمون‌هایی مانند CFPP (نقطه مسدود شدن فیلتر سرد) عملکرد بهتری نشان می‌دهند. بدون این مکمل‌ها، سوخت در دماهای زیر نقطه ابری جامد می‌شود و موتور را متوقف می‌کند. تولید آن‌ها از طریق پلیمریزاسیون انجام می‌شود و در سطوح ۱۰۰ تا ۲۰۰۰ ppm اضافه می‌شوند، بدون تأثیر بر خواص دیگر مانند ویسکوزیته کلی.

روان‌کننده‌ها (Lubricity Additives)

روان‌کننده‌ها مانند اسیدهای مونو، آمیدها یا استرها، لایه محافظی روی سطوح فلزی ایجاد می‌کنند تا از سایش تجهیزات تزریق سوخت جلوگیری شود. با کاهش گوگرد در سوخت‌های فوق کم گوگرد (ULSD)، روانکاری طبیعی کاهش یافته و این مکمل‌ها ضروری شده‌اند. در آزمون HFRR، قطر لکه سایش را به کمتر از ۵۲۰ میکرون می‌رسانند. کاربرد آن‌ها در پالایشگاه‌ها یا ترمینال‌ها است و سطوح ۱۰ تا ۲۵۰ ppm کافی است. این مکمل‌ها برای موتورهای فشار بالا مانند سیستم‌های ریل مشترک حیاتی هستند و از آسیب به پمپ‌ها و انژکتورها جلوگیری می‌کنند، که در غیر این صورت منجر به کاهش کارایی و هزینه‌های تعمیر می‌شود.

مواد شوینده (Detergents)

مواد شوینده مانند آمین‌ها، ایمیدازولین‌ها و ساکسینی‌مایدهای چرب، رسوبات را از انژکتورها پاک می‌کنند و الگوی پاشش سوخت را حفظ می‌کنند. این مکمل‌ها با سورفکتانت‌های قطبی و غیرقطبی عمل کرده و اثرات تمیزکننده و نگهدارنده دارند. در موتورهای دیزل، رسوبات حرارتی را کاهش می‌دهند و انتشار دود و نویز را کم می‌کنند. آزمون‌هایی مانند Peugeot XUD9 عملکرد آن‌ها را ارزیابی می‌کنند. بدون شوینده‌ها، رسوبات منجر به کاهش بهره‌وری سوخت و افزایش آلاینده‌ها می‌شود. این مکمل‌ها اغلب در بسته‌های چندمنظوره ترکیب می‌شوند و در سطوح پایین اضافه می‌گردند.

مواد تشکیل‌دهنده و پایه

مواد تشکیل‌دهنده مکمل‌های گازوئیل شامل ترکیبات شیمیایی متنوعی است که پایه هیدروکربنی سوخت را تکمیل می‌کنند. این مواد در سطوح کمتر از ۱ درصد اضافه می‌شوند.

نیترات‌ها و پراکسیدها

نیترات‌ها مانند اتیل‌هگزیل نیترات پایه اصلی بهبوددهنده‌های ستان هستند و با تجزیه حرارتی رادیکال‌های آزاد تولید می‌کنند. پراکسیدها مانند دی‌ترتیاری بوتیل پراکسید گزینه‌های بدون نیتروژن هستند که احتراق را بهبود می‌بخشند اما کارایی کمتری دارند. این ترکیبات از طریق سنتز شیمیایی تولید می‌شوند و در سوخت‌های دیزل با ستان پایین استفاده می‌شوند تا شروع احتراق را تسریع کنند. پایداری حرارتی آن‌ها مهم است زیرا تجزیه زودرس می‌تواند ثبات سوخت را کاهش دهد. در مقایسه با نیترات‌ها، پراکسیدها کمتر به نوع هیدروکربن سوخت حساس هستند اما نیاز به سطوح بالاتر دارند. این مواد پایه برای بسته‌های چندمنظوره هستند و با استانداردهایی مانند ASTM D613 سازگارند.

پلیمرها و کوپلیمرها

پلیمرهای بلند زنجیر مانند کوپلیمرهای اتیلن-وینیل استات پایه بهبوددهنده‌های جریان سرد هستند و کریستال‌های موم را اصلاح می‌کنند. این مواد از طریق پلیمریزاسیون تولید شده و ویسکوزیته را در دماهای پایین کنترل می‌کنند. در سوخت‌های با نقطه جوش بالا، از تجمع کریستال‌ها جلوگیری می‌کنند و نقطه مسدود شدن فیلتر را کاهش می‌دهند. پلیمرهای با وزن مولکولی بالا همچنین در کاهش درگ لوله‌ها استفاده می‌شوند و جریان سوخت را ۲۰-۴۰ درصد افزایش می‌دهند. این پایه‌ها بدون تغییر خواص فیزیکی کلی مانند چگالی عمل می‌کنند و در زمستان ضروری هستند.

فنول‌ها و آمین‌ها

فنول‌های مانع‌دار مانند ۲،۶-دی‌ترتیاری بوتیل-۴-متیل فنول پایه آنتی‌اکسیدان‌ها هستند و زنجیره‌های رادیکال آزاد را قطع می‌کنند. آمین‌ها مانند N,N-دی‌متیل‌سیکلوهگزیل آمین پایه پایدارکننده‌ها بوده و واکنش‌های اسید-باز را جلوگیری می‌کنند. این ترکیبات از اکسیداسیون سوخت جلوگیری کرده و رسوبات را کاهش می‌دهند. در ذخیره‌سازی طولانی، فنول‌ها رنگ و پایداری را حفظ می‌کنند در حالی که آمین‌ها با اسیدها واکنش می‌دهند. ترکیب آن‌ها در بسته‌های چندمنظوره رایج است و سطوح پایین ppm کافی است.

ترکیبات ارگانومتالیک

ترکیبات ارگانومتالیک مانند فرروسن یا ناپتنات‌های فلزی پایه بهبوددهنده‌های احتراق و بازسازی کاتالیست‌های هستند. این مواد فلزاتی مانند آهن، سریم یا منگنز را حمل کرده و دمای احتراق دوده را کاهش می‌دهند. در سیستم‌های پساتصفی، اکسیداسیون کربن را در تله‌های ذرات تسهیل می‌کنند. تولید آن‌ها شامل سنتز ارگانومتالیک است و در سطوح پایین برای کاهش انتشار دوده استفاده می‌شوند اما ممکن است رسوبات فلزی ایجاد کنند.

خواص شیمیایی و فیزیکی

خواص شیمیایی و فیزیکی مکمل‌ سوخت را برای شرایط مختلف بهینه می‌کنند. این خواص شامل پایداری، روانکاری و کاهش درگ هستند.

پایداری شیمیایی

پایداری شیمیایی مکمل‌ها مانند آنتی‌اکسیدان‌ها زنجیره‌های اکسیداسیون را قطع کرده و از تشکیل رسوبات جلوگیری می‌کنند. فنول‌ها و آمین‌ها در برابر فلزات کاتالیستی مانند مس مقاومت ایجاد می‌کنند. این خاصیت در ذخیره‌سازی طولانی حیاتی است زیرا سوخت‌های هیدروتریت‌شده مستعد پراکسیدسازی هستند. بدون پایداری، سوخت رنگ خود را از دست داده و رسوبات فیلترها را مسدود می‌کند. آزمون‌هایی مانند ASTM D6468 پایداری حرارتی را ارزیابی می‌کنند و مکمل‌ها بازتاب ۸۰ درصدی را تضمین می‌کنند.

خواص فیزیکی مانند ویسکوزیته و چگالی

مکمل‌ها ویسکوزیته را در دماهای پایین کاهش می‌دهند بدون تغییر چگالی کلی سوخت. بهبوددهنده‌های جریان سرد کریستال‌ها را کوچک کرده و جریان را بهبود می‌بخشند. چگالی مکمل‌ها با سوخت هماهنگ است تا اختلاط یکنواخت ایجاد شود. این خاصیت در لوله‌کشی و پمپاژ مهم است و کاهش درگ توسط پلیمرها جریان را افزایش می‌دهد. بدون این خواص، سوخت در زمستان جامد می‌شود و کارایی کاهش می‌یابد.

روانکاری و ضدخوردگی

روانکاری توسط استرها و اسیدها لایه محافظ ایجاد کرده و سایش را کاهش می‌دهد. ضدخوردگی با تشکیل لایه‌های محافظ روی فلزات عمل می‌کند و آزمون ASTM D665 آن را تأیید می‌کند. این خواص برای سوخت‌های کم گوگرد ضروری هستند زیرا گوگرد طبیعی روانکاری را فراهم می‌کرد. مکمل‌ها قطر سایش را در HFRR به کمتر از ۵۲۰ میکرون می‌رسانند.

تأثیر بر احتراق

مکمل‌ها تأخیر احتراق را کاهش داده و ستان را افزایش می‌دهند. ترکیبات نیترات رادیکال‌ها تولید کرده و احتراق کامل‌تری ایجاد می‌کنند که انتشار آلاینده‌ها را کم می‌کند. این خاصیت نویز و دود را کاهش داده و بهره‌وری سوخت را بهبود می‌بخشد.

کاربردها

کاربردهای مکمل‌ها در مراحل مختلف زنجیره تأمین سوخت است. این کاربردها شامل بهبود عملکرد موتور و حفاظت سیستم است.

در پالایشگاه‌ها

در پالایشگاه‌ها، مکمل‌ها برای رعایت مشخصات فصلی و محلی اضافه می‌شوند. بهبوددهنده‌های ستان و جریان سرد سوخت را برای زمستان آماده می‌کنند. این کاربرد اقتصادی است زیرا جایگزین پردازش پیچیده می‌شود. سطوح اضافه‌شده کم است و خواص مانند ستان و نقطه ابری را تنظیم می‌کند. بدون مکمل‌ها، سوخت ممکن است استانداردهایی مانند ASTM D975 را برآورده نکند.

در سیستم توزیع

در لوله‌کشی، کاهش‌دهنده‌های درگ و ضدخوردگی اضافه می‌شوند تا ظرفیت را افزایش دهند و خوردگی را جلوگیری کنند. در ترمینال‌ها، بسته‌های چندمنظوره برای تمایز برندها مانند سوخت پریمیوم استفاده می‌شوند. این کاربرد در اروپا رایج است و شامل شوینده‌ها و روان‌کننده‌ها می‌شود. مکمل‌ها در پمپ‌های خرده‌فروشی نیز اضافه می‌شوند تا گریدهای مختلف بدون مخزن جداگانه ارائه شود.

بازار پس از فروش

در بازار پس از فروش، کاربران برای نیازهای خاص مانند آب‌زدایی یا بهبود احتراق مکمل‌ها اضافه می‌کنند. کاتالیست‌های سوخت‌برد برای کاهش انتشار در وسایل نقلیه قدیمی مفید هستند. توصیه می‌شود از راهنمای تولیدکننده پیروی شود تا از تداخل جلوگیری شود. این کاربرد برای شرایط شدید مانند سرما یا ذخیره طولانی مناسب است.

فرآیند تولید

فرآیند تولید مکمل‌ها شامل سنتز شیمیایی است که مواد پایه را به ترکیبات عملکردی تبدیل می‌کند. این فرآیندها دقیق و کنترل‌شده هستند.

سنتز نیترات‌ها و پراکسیدها

نیترات‌ها مانند EHN از طریق نیتراسیون الکل‌ها تولید می‌شوند و پراکسیدها با اکسیداسیون کنترل‌شده. این فرآیند نیاز به ایمنی بالا دارد زیرا مواد ناپایدار هستند. محصول نهایی در حلال‌های هیدروکربنی حل شده و برای اضافه به سوخت آماده می‌شود. کیفیت با آزمون‌های تجزیه حرارتی کنترل می‌شود.

پلیمریزاسیون برای بهبوددهنده‌های جریان

پلیمریزاسیون اتیلن و وینیل استات کوپلیمرها را ایجاد می‌کند که کریستال‌های موم را اصلاح می‌کنند. این فرآیند کاتالیزوری است و وزن مولکولی را تنظیم می‌کند. محصول نهایی ویسکوزیته مناسبی برای اختلاط دارد و در دماهای بالاتر از نقطه ابری اضافه می‌شود.

تولید آنتی‌اکسیدان‌ها و پایدارکننده‌ها

فنول‌های مانع‌دار از آلکیله کردن فنول تولید می‌شوند و آمین‌ها از واکنش‌های آمیناسیون. این فرآیندها صنعتی هستند و خلوص بالا تضمین می‌کنند. ترکیبات نهایی در بسته‌های مایع برای ذخیره آسان فرموله می‌شوند.

سنتز ارگانومتالیک‌ها

ارگانومتالیک‌ها مانند فرروسن از واکنش فلزات با لیگاندهای آلی تولید می‌شوند. این فرآیند پیچیده است و حلالیت در سوخت را تضمین می‌کند. محصول برای بازسازی کاتالیست‌های استفاده می‌شود.

استانداردهای مرتبط

استانداردهای مرتبط کیفیت و استفاده مکمل‌ها را تعریف می‌کنند. این استانداردها شامل مشخصات سوخت و آزمون‌ها هستند.

ASTM D975

ASTM D975 استاندارد سوخت دیزل است که روانکاری (حداکثر ۵۲۰ میکرون در HFRR) و ستان (حداقل ۴۰) را مشخص می‌کند. مکمل‌ها برای رعایت این‌ها ضروری هستند، به ویژه در ULSD که گوگرد کمتر از ۱۵ ppm است.

EN590

EN590 استاندارد اروپایی است که روانکاری حداکثر ۴۶۰ میکرون و ستان حداقل ۵۱ را الزامی می‌کند. مکمل‌ها برای جریان سرد و پایداری استفاده می‌شوند و آزمون CFPP را پوشش می‌دهد.

استانداردهای انتشار

استانداردهای EPA و یورو مکمل‌ها را برای کاهش آلاینده‌ها مانند دوده الزامی می‌کنند. کاتالیست‌های سوخت‌برد برای بازسازی تله‌های ذرات استفاده می‌شوند.

استانداردهای افزودنی

ATC Document 113 و CRC گزارش‌ها راهنمایی برای استفاده و مزایای مکمل‌ها ارائه می‌دهند. استانداردهای TOP TIER حداقل سطوح شوینده و روان‌کننده را تعریف می‌کنند.

سوالات متداول

مکمل‌های سوخت گازوئیل نقش کلیدی در بهبود عملکرد، حفاظت و رعایت استانداردهای سوخت دارند. از انواع مختلف مانند بهبوددهنده‌های ستان و جریان سرد تا ترکیبات پایه مانند نیترات‌ها و پلیمرها، این مواد خواص شیمیایی و فیزیکی سوخت را ارتقا می‌دهند. کاربردهای آن‌ها در زنجیره تأمین از پالایشگاه تا کاربر نهایی گسترده است و فرآیند تولیدشان بر پایه سنتز پیشرفته است. استانداردهایی مانند ASTM D975 و EN590 کیفیت را تضمین می‌کنند. در نهایت، استفاده هوشمندانه از مکمل‌ها می‌تواند کارایی موتور را افزایش دهد، انتشار آلاینده‌ها را کاهش دهد و عمر تجهیزات را طولانی کند، اما همیشه با رعایت توصیه‌ها.

منابع

• DieselNet: Diesel Fuel Additives
• ScienceDirect: Diesel Fuel Additive – an overview
• Chevron: Diesel Fuels Technical Review
• American Chemistry: Overview of Diesel Additives & Filtration Issues
• GlobalSpec: Fuel Additives Selection Guide: Types, Features, Applications
• DieselNet: What is Diesel Fuel
• Hydrocarbon Processing: Build a diesel fuel performance additive, the right way—Part 1
• Patents Google: Diesel fuel additive composition and method
• Mansfield Service Partners: Fuel Additives: 10 FAQs Answered
• Bell Performance: Diesel Fuel Additives: Top 5 Things You Never Knew