Σκοπός της παρούσας διπλωματικής έρευνας είναι η μελέτη πιθανής συσχέτισης μεταξύ δύο διαφορετικών μεθόδων μέτρησης Αριθμού Κετανίου προερχόμενου από το χρόνο καθυστέρησης ανάφλεξης ή Derived Cetane Number (DCN) σε θάλαμο σταθερού όγκου. Επιχειρήθηκε να συσχετιστούν οι μετρήσεις της συσκευής Cetane Ignition Delay (CID 510) της PAC, η οποία είναι κατασκευασμένη και σχεδιασμένη να λειτουργεί σύμφωνα με την πρότυπη μέθοδο ASTM – D7668, με αυτές της Fuel Ignition Tester (FIT), η οποία λειτουργεί σύμφωνα με την πρότυπη αναθεωρημένη μέθοδο ASTM – D7170 στο Αμερικανικό πρότυπο καθώς και την μη αναθεωρημένη πρότυπη μέθοδο EN-16144 στο Ευρωπαϊκό.
Για το λόγο αυτό έγινε μέτρηση του αριθμού κετανίου 30 δειγμάτων Ultra-Low Sulfur Diesels (Ντήζελ εξαιρετικά χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο – ULSD), καθώς και 11 μιγμάτων των Secondary Reference Fuels (Δευτερογενών Καυσίμων Αναφοράς) T-26 και U-19. Η προέλευση των καυσίμων ULSD είναι 5 από δεξαμενές πετρελαίου, 5 από υδρογονοπυρόλυση, 8 από υδρογονοκατεργασία, 7 από υδρογονοαποθείωση και 3 μίγματα, ενώ έγινε χρήση και 2 καυσίμων αναφοράς. Το εύρος μετρήσεων DCN των δειγμάτων αυτών είναι από 40 έως 65. Οι αναλογίες των μιγμάτων των secondary reference fuels επιλέχθηκαν ώστε να καλύπτουν εύρος τιμών αναφοράς αριθμού κετανίου μεταξύ 40 και 70.
Ταυτόχρονα έγινε μέτρηση της πυκνότητας (EN ISO 12185), του κινηματικού ιξώδους (ISO – 3104), της περιεκτικότητας σε αρωματικά (EN – 12916), του σημείου απόφραξης ψυχρού φίλτρου (EN – 116) και της καμπύλης απόσταξης (ISO – 3405:2011) του κάθε δείγματος καθώς και υπολογισμός του δείκτη κετανίου (EN – 4264:2007), ώστε να παρατηρηθεί η συμπεριφορά του αριθμού κετανίου με βάση αυτές τις ιδιότητες.
Από τη συσχέτιση των ιδιοτήτων, προέκυψε ότι η ποιότητα ανάφλεξης δεν μπορεί να αποδοθεί συναρτήσει μιας μόνο ιδιότητας. Παρόλα αυτά σημαντική επίδραση έδειξε να έχει η συγκέντρωση σε πολυαρωματικά. Αντίθετα ο δείκτης κετανίου έκανε πολύ καλή πρόβλεψη της τιμής αριθμού κετανίου στις μετρήσεις της CID 510, αλλά όχι και της FIT όπου εμφανίστηκαν μεγάλες αποκλίσεις.
Η συγκριτική αξιολόγηση των παραμέτρων λειτουργίας των δύο μεθόδων δεν παρουσίασαν ιδιαίτερες διαφορές. Κυριότερη θεωρήθηκε η διαφορά στη βαθμονόμηση των δύο
2
συσκευών, αφού χρησιμοποιούνται διαφορετικά καύσιμα, κάτι που συμβάλει στις όποιες αποκλίσεις μεταξύ των μετρήσεων των δύο μεθόδων.
Ως προς την αναπαραγωγισιμότητα, η CID 510 παρουσιάζει πολύ μικρότερο εύρος, 4 μονάδες το ανώτερο έναντι 8 μονάδων το κατώτερο της FIT. Δηλαδή η ακρίβεια και η εκκεντρότητα των μετρήσεων της CID είναι ανώτερη, όπως επιβεβαιώθηκε και από τις τυπικές αποκλίσεις των μετρήσεων.
Η συσχέτιση μεταξύ των δύο μεθόδων δεν απέδωσε μαθηματική εξίσωση ικανή να περιγράψει το σύνολο των μετρήσεων των δειγμάτων ULSD. Οι δύο συσκευές όχι μόνο μετράνε διαφορετικά, αλλά εμφανίζουν διαφορετικό μοτίβο και δεν προκύπτει γραμμική συσχέτιση. Παρόλα αυτά, τα όρια αναπαραγωγισιμότητας είναι τόσο διαφορετικά που το σύνολο των μετρήσεων εμφανίζεται εντός αυτών της FIT. Επιχειρήθηκε η ταξινόμηση των δειγμάτων ως προς την προέλευσή τους, παρόλα αυτά ούτε από εκεί προέκυψε κάποια ασφαλής συσχέτιση, κυρίως λόγο του μικρού αριθμού δειγμάτων.
Η αντίστοιχη συσχέτιση για τα secondary reference fuels έδωσε εξαιρετικά αποτελέσματα. Επιβεβαιώθηκε ότι οι δύο συσκευές μετράνε διαφορετικά, όμως υπήρξε γραμμική συσχέτιση μεταξύ των μετρήσεων των δύο μεθόδων. Η CID έδωσε ακριβέστερα αποτελέσματα, συγκριτικά με την τιμή αναφοράς αριθμού κετανίου, σε υψηλές τιμές αριθμού κετανίου, ενώ στις χαμηλότερες πιο κοντά στην τιμή αναφοράς προέκυψαν οι τιμές της FIT. Σε πολύ χαμηλές τιμές, κάτω του 50 και οι δύο συσκευές έδειξαν να αποκλίνουν αισθητά.
Συμπερασματικά, από τα αποτελέσματα δεν προέκυψε ξεκάθαρη γραμμική συσχέτιση των δύο μεθόδων, αλλά ούτε αποκλείστηκε η ύπαρξή της. Τα δεδομένα αυτά είναι αρκετά για μια πρώτη μελέτη, όμως για την εξαγωγή ασφαλών συμπερασμάτων θα πρέπει να συνεχιστεί η έρευνα με την προσθήκη περισσότερων δειγμάτων και αύξηση του αριθμού των μετρήσεων κάθε δείγματος.
(EL)
The purpose of this diploma thesis project is to
conduct are search on whether there is a correlation between two different test methods for the determination of the Derived Cetane
Number (DCN) of diesel fuels u
sing a constant volume chamber.
It was attempted to
relate
the measurements of the Cetane Ignition Delay (CID 510) manufactured by PAC, which
is
designed to operate according t
o the standard method ASTM
–
D7668, to those of Fuel
Ignition Tester (FIT), which operates according to the revised standard method ASTM
–
D7170 in the American standard and the non
-
revised standard method EN
–
16144 in the
European one.
For that reason, 3
0 Ultra
-
Low Sulfur Diesel samples were measured, as well as 11 Secondary
Reference Fuels blends
consisted
of
T
-
26 and U
-
19. 5 ULSDs are from diesel tanks, 5 from
hydro
–
cracker, 8 from hydro
–
treater, 7 from hydro
–
desulfurization and
3 are
mixtures, as
well as
2
are
reference fuels.
The DCN‘s meas
urement range is from 40 to 65.
The secondary
reference fuels blends’ volume percentage of each fuel was chosen in order to get reference
values of cetane number between 40 and 70.
In addition to these, density
(EN ISO
–
12185), kinematic viscosity (ISO
–
3104), aromatic
hydrocarbon content (EN
–
12916), Cold Filter Pour Point (EN
–
116) and distillation curves
(ISO
–
3405:2011) were measured
while
the Cetane
Index
(EN
–
4264:2007) was calculated,
so that the be
havior of cetane number according to these properties may be observed.
From this relation, it occurred that ignition quality cannot be expressed by one single
property.
Nonetheless it is observed that the polyaromatic content of the fuel has significant
ef
fect
on it
.
On the contrary, cetane index has predicted really well the DCN measurements
of CID 510, but not those of FIT which showed big divergence.
The benchmarking of the operating conditions of these two methods did not show many
differences. As the
main one may be considered the differences in calibration, as two
different fuels are used, which enhances the divergence between the measurements of
these two methods.
Regarding reproducibility, CID 510 shows a really small range of 4 points maximum vers
us
the 8 points minimum of the FIT ‘s one. In other words, the
precision
and eccentricity of the
CID‘s measurements is better, as
it
is confirmed by the standard deviation of the
measurements. 4
As a result of the
cor
relation of these two methods, no equatio
n occurred capable of
describing all the ULSD samples. The two devices, not only
they result in different
measurements
, but they show different patterns and there is no linear
cor
relation between
them. Nevertheless, the difference of the reproducibility li
mits
of the two methods
is so big
that all the samples
appear to be
inside the FIT’s ones. There was an attempt to categor
ize
the samples by their origin, though
no
cor
relation appeared
,
due to the small amount of
samples
.
As about the secondary reference
fuels blends, it appears that there is linear
cor
relation
between the two apparatuses although it is confirmed that their measurements are
different. CID’s measurements match greatly the reference values of the cetane number
when measuring at high values
w
hile
FIT’s at lower.
When measuring very low values of
DCN, below 50, it appears that both devices’ measurements have diverge greatly from the
reference values.
In conclusion, the study resulted in no clear linear correlation between the two methods, yet
o
ne
was neither precluded. This data should be enough for a first research,
though
for
making stable conclusions it should procced, adding more samples or even raising the
number of measurements of each sample.
(EN)
National Technical University of Athens
