مفهوم عدد ستان و اهمیت آن در سوخت های دیزلی

عدد ستان (CN) نشانگر قابل اشتعال بودن سوخت های دیزل است و اطلاعاتی درباره تأخیر احتراق، یعنی سرعت خود اشتعالی سوخت دیزل هنگام تزریق به هوای گرم از طریق انژکتور سوخت فراهم می کند.

در موتوری که بر اساس اصل دیزل کار می کند، عدد ستان برای توصیف کیفیت فرآیند احتراق معتبر است. اعداد بالاتر به معنای تأخیر احتراق کمتر و در عین حال عملکرد بهتر موتور دیزل است یعنی سوخت تزریق شده به طور مساوی و کامل می سوزد که معمولاً منجر به تولید هوای خروجی با کیفیت بالاتر به خصوص از نظر دوده، ذرات معلق و هیدروکربن های نسوخته می شود.

خصوصیات اشتعال یک سوخت نه تنها بر خصوصیات دود، بلکه بر روی صدای احتراق نیز تأثیر می گذارد. اگر تاخیر اشتعال زیاد باشد، به عنوان مثال به دلیل پایین بودن CN بیشتر سوخت تزریق شده به طور انفجاری می سوزد. این مسئله منجر به صدای کوبش بلندتر از معمول در موتور خواهد شد.

حقایقی در رابطه با عدد ستان:
به طور کلی، موتورهای دیزلی با CN در حدود 48 تا 50 به خوبی کار می کنند. سوخت هایی که عدد سیتان کمتری دارند تأخیر بیشتری در احتراق دارند و برای تکمیل فرآیند احتراق سوخت به زمان بیشتری احتیاج دارند. از این رو، موتورهای دیزلی با سرعت بالاتر با سوخت هایی با عدد سیتان بالاتر کارایی موثرتری دارند.

در اروپا، CN دیزل حداقل 38 در سال 1994 و 40 در سال 2000 تعیین شده است. استاندارد فعلی برای گازوئیل فروخته شده در اتحادیه اروپا، ایسلند، نروژ و سوئیس EN 590 تعیین شده است، با حداقل شاخص سیتان 46 و حداقل عدد ستان 51. از سوخت دیزل ممتاز می توان CN تا 60 را انتظار داشت.

سوخت دیزل ممتازممکن است بسته به تأمین کننده CN بالاتری داشته باشد. دیزل های ممتاز اغلب از مواد افزودنی برای بهبود CN و روانکاری، مواد شوینده برای تمیز کردن انژکتورهای سوخت و به حداقل رساندن رسوبات کربن، پخش کننده های آب و سایر مواد افزودنی بسته به نیاز جغرافیایی و فصلی استفاده می کند. دیزل تجدید پذیر Neste MY که در آمریکای شمالی فروخته می شود دارای عدد سیتان 75-85 است.

اندازه گیری عدد ستان:
اندازه گیری دقیق CN بسیار دشوار است، زیرا نیاز به سوختن در یک موتور دیزلی نادر به نام موتور Cooperative Fuel Research (CFR)، در شرایط آزمایش استاندارد است. اپراتور موتور CFR از چرخ دستی استفاده می کند تا نسبت تراکم (و در نتیجه پیک فشار درون سیلندر) موتور را افزایش دهد تا وقتی که زمان تزریق سوخت تا احتراق 2.407 میلی متر باشد. سپس CN با تعیین اینکه کدام مخلوط ستان (هگزادکان) و ایزو اکتان منجر به تاخیر احتراق مشابه می شود، محاسبه خواهد شد.

تستر کیفیت احتراق (IQT):
روش قابل اعتماد دیگر برای اندازه گیری مشتق (CN DCN) سوخت دیزل، تست کیفیت احتراق (IQT) است. این ابزار نسبت به CFR رویکرد ساده تر و محکم تری در اندازه گیری CN اعمال می کند. در این روش سوخت به یک محفظه احتراق با حجم ثابت با دمای تقریبی 575 درجه سانتی گراد و 310 psi تزریق می شود.

زمان بین شروع تزریق و بازیابی فشار اتاقک احتراق تا 310 psi به عنوان تاخیر احتراق تعریف می شود. سپس از این تاخیر احتراق اندازه گیری شده برای محاسبه DCN سوخت استفاده می شود. DCN سوخت با استفاده از یک رابطه معکوس تجربی با تاخیر احتراق محاسبه می شود. به دلیل قابلیت تکرارپذیری، هزینه مواد و سرعت IQT، این روش یک منبع قطعی برای اندازه گیری DCN سوخت ها از اواخر دهه 2000 است.

تست کننده احتراق سوخت:
روش قابل اعتماد دیگر برای اندازه گیری عدد استان مشتق شده از سوخت دیزل، تست سوزش سوخت (FIT) است. این ابزار نسبت به CFR رویکرد ساده تر و محکم تری در اندازه گیری CN اعمال می کند. سوخت به یک محفظه احتراق با حجم ثابت تزریق می شود که در آن دمای محیط تقریباً 575 درجه سانتی گراد است.

سوخت می سوزد و سرعت بالای تغییر فشار در محفظه شروع احتراق را تعریف می کند. تأخیر احتراق سوخت را می توان به عنوان اختلاف زمان بین شروع تزریق سوخت و شروع احتراق محاسبه کرد. سپس می توان CN مشتق شده از سوخت را با استفاده از یک رابطه معکوس تجربی با تاخیر احتراق محاسبه کرد.

استانداردهای صنعتی عدد ستان:
استانداردهای صنعتی برای اندازه گیری عدد سیتان (ASTM D613 (ISO 5165 برای موتور CFR، D6890 برای IQT و D7170 برای FIT است.

شاخص ستان:
روش دیگری که مصرف کنندگان کیفیت سوخت را توسط آن کنترل می کنند، استفاده از شاخص سیتان (CI) است که یک عدد محاسبه شده براساس چگالی و دامنه تقطیر سوخت است. بسته به اینکه از واحدهای متریک یا امپریال استفاده شود یا تعداد نقاط تقطیر، نسخه های مختلفی از این روش وجود دارد.

این روزها اکثر شرکت های نفتی بر اساس دانسیته، 10٪ 50٪ و 90٪ دمای بازیابی از روش "4 نقطه ای"، ASTM D4737 استفاده می کنند. روش "2 نقطه ای" نیز در ASTM D976 تعریف شده است و فقط از تراکم و دمای 50٪ بازیابی VH استفاده می کند. از آنجاییکه روش 2 نقطه ای شاخص سیتان را بیش از اندازه واقعی ارزیابی می کند، استفاده از آن توصیه نمی شود.

محاسبات شاخص سیتان نمی تواند افزودنی های بهبود دهنده ستان را در نظر بگیرد و بنابراین CN را برای سوخت های دیزلی حاوی افزودنی اندازه گیری نمی کند. آلکیل نیترات ها (اصولاً 2-اتیل هگزیل نیترات) و دی ترتس-بوتیل پراکسید به عنوان مواد افزودنی برای بالا بردن CN استفاده می شوند.عملکرد موتور دیزل در درجه اول مربوط به عدد واقعی ستان است و شاخص ستان در واقع برآورد CN پایه (اصلاح نشده) است.

بیشترین عدد ستان مربوط به کدام هیدروکربن است؟
ستان یک ترکیب شیمیایی با فرمول شیمیایی n-C16H34 است که امروزه طبق قوانین IUPAC هگزادکان نامیده می شود. این ترکیب یک آلکان بدون شاخه با یک زنجیره هیدروکربن اشباع شده و بدون حلقه است. ستان در اثر فشرده سازی به راحتی مشتعل می شود، بنابراین عدد ستان 100 به آن اختصاص داده شد، در حالی که به آلفا-متیل نفتالین عدد ستان 0 اختصاص داده شد.

سایر هیدروکربن های موجود در سوخت دیزل با توجه به اینکه چگونه می سوزند با CN مقایسه می شوند. بنابراین عدد سیتان نشان می دهد که سوخت (در خود موتور) در شرایط موتور با چه سرعتی شروع به سوختن می کند.

از آنجا که صدها مولفه در سوخت دیزل وجود دارد و هرکدام از آنها کیفیت سیتان متفاوتی دارند CN کلی دیزل متوسط کیفیت سیتان کلیه اجزای سازنده است (به طور دقیق اجزا با ستان بالا تأثیر نامتناسبی دارند، بنابراین استفاده از مواد افزودنی با استات بالا توصیه می شود).

عدد ستان بیودیزل:
بیودیزل از منابع روغن های گیاهی دارای CN در محدوده 46 تا 52 است و CN بیودیزل بر پایه چربی حیوانی از 56 تا 60 می باشد. دی متیل اتر یک سوخت دیزل بالقوه است زیرا دارای درجه سیتان بالا (60-55) است و می تواند به عنوان سوخت زیستی تولید شود.

بیشتر اترهای ساده، از جمله انواع مایع آنها مانند دی اتیل اتر می توانند به عنوان سوخت دیزل استفاده شوند، اگرچه از نظر روانکاری می توانند نگران کننده باشد.