Motorová nafta – stále atraktivnější motorové palivo

Energie +
IV
Uhlí
Motorová nafta –
stále atraktivnější motorové palivo
V posledních letech stoupá spotřeba motorové nafty jak v České
republice, tak v Evropě. Rozšiřuje se
park vozidel, který motorovou naftu používá, a stoupají jejich výkony
s růstem ekonomiky. Tato skutečnost
se projevuje také na růstu její ceny na
mezinárodních komoditních trzích
a v nedávné době cena motorové
autodopravě, u autobusů, v železniční a lodní dopravě, pro pohon
zemědělských strojů a v neposlední
řadě i pro pohon osobních motorových vozidel. Úměrně se vzrůstajícím počtem automobilů a počtem
ujetých kilometrů se však zvyšuje
i množství škodlivých exhalátů
z výfukových plynů vznětových
motorů.
Zpřísňování emisních limitů v celosvětovém měřítku od začátku devadesátých let a hlavně zavedení nových
emisních předpisů limitujících obsah
pevných částic, nespálených uhlovodíků, oxidu uhelnatého, oxidu siřičitého, oxidů dusíku apod. nutí výrobce
Obr. 1. – Blokové schéma výroby motorové nafty
nafty na stojanech čerpacích stanic
(tedy včetně zdanění) předstihla cenu
automobilového benzínu.
Proto je zajímavé podrobněji tuto
pohonnou látku popsat a komentovat její vlastnosti, dostupnost
i budoucí možnosti jejího dalšího
využití.
Něco k historii
Začátek používání středních ropných destilátů (motorové nafty) jako
motorového paliva spadá do počátku
dvacátého století. Patent na princip
vznětového spalovacího motoru byl
německému konstruktéru a vynálezci Rudolfu Dieselovi (1858 – 1913)
udělen v roce 1892. Jako palivo
sloužil nejprve uhelný prach. V roce
1897 zkonstruoval Diesel vysokotlaký spalovací pístový motor se
samočinným zážehem, vyvolaným
stlačením vzduchu do 3,5 MPa. Byl
to jeho největší úspěch. Tento typ
vysokotlakého motoru, od té chvíle
nazývaný Dieselův motor nebo jednoduše diesel, pracoval na tekuté
těžké palivo (hnací olej). K zážehu
paliva docházelo po jeho vytrysknutí
do spalovací komory od zahřátého
vzduchu v důsledku stlačení. V tomtéž roce se mu podařilo motor vylepšit tak, aby využíval tepelnou energii
na 26 %, tedy dvakrát účinněji než
v té době nejlepší parní stroj. Po dalších úpravách byl jeho motor roku
1900 vyznamenán na světové výstavě v Paříži Velkou cenou.
Roku 1911 byla v Kodani spuštěna na vodu loď Seelandia se dvěma
osmiválcovými čtyřtaktními Dieselovými motory, sloužící až do roku
1942. Nákladní automobily se vznětovým spalovacím motorem a rovnotlakým spalováním těžšího kapalného paliva (nafty) začala vyrábět
německá továrna MAN teprve roku
1924. Dalším impulsem masového
rozšíření motorové nafty byla industrializace zemědělské výroby.
Motorová nafta – palivo
vznětových motorů
Motorovou naftu je možné z hlediska výroby zařadit mezi střední
ropné destiláty. V současné době to
je s ohledem na rozsah použití nejdůležitější motorové palivo v hospodářsky vyspělých zemích. Využívá
se pro vznětové motory v nákladní
věnovat výrobě motorové nafty stále větší pozornost a snažit se trvale
o zvyšování jejích užitných vlastností. To by se mělo projevit jejím
dokonalejším spalováním v motorech
a z toho rezultujícím snižováním uvedených škodlivých emisí.
V evropských zemích roste
v posledních letech ekologické uvědomění, které se projevuje tlakem
na výrobu ”ekologicky čistých”
motorových paliv, tj. paliv co nejméně zatěžujících životní prostředí.
Zvláště devadesátá léta minulého
století lze charakterizovat převratem v ekologickém posuzování
motorových paliv, což se nevyhnulo
ani motorové naftě.
Přírůstek osobních automobilů poháněných motorovou naftou
z nově registrovaných vozidel se
v posledních letech každoročně
zvyšuje. Rovněž významně stoupá i spotřeba motorových naft pro
nákladní automobily. V současné
době však již k pokrytí spotřeby
motorové nafty na světových trzích
nestačí pouze zdroje poskytované prostou destilací ropy, ale stále častěji jsou k výrobě motorové
nafty používány složky pocházející
z konverze frakcí původně sloužících k výrobě topných olejů.
Výroba v rafinérii
Motorové nafty jsou s ohledem na
svůj ropný původ poměrně komplikovanou směsí alkanických, cyklanických a aromatických uhlovodíků
s 12 až 22 atomy uhlíku v molekule vroucí v rozmezí cca 180 až
370 °C., jejichž vzájemné poměrné
zastoupení vyplývá z kvality použité
ropy a použitých navazujících technologických procesů. Na obrázku 1.
je znázorněno zjednodušené blokové schéma výroby motorové nafty
v typické konverzní rafinérii.
Nízkoteplotní vlastnosti
Jednou z nejdůležitějších vlastností motorové nafty je její chování za nízkých teplot. Na českém
trhu stejně jako ve většině ostatních
států EU se na trhu v průběhu roku
distribuuje motorová nafta s rozdílnými nízkoteplotními vlastnostmi
v závislosti na ročním období. Pro
úpravu nízkoteplotních vlastností
na požadovanou úroveň se široce
využívá celá škála aditiv různých
renomovaných firem. Období pro
jednotlivé třídy motorové nafty jsou
následující:
l letní motorová nafta – tj. motorová nafta pro mírné klima třídy
B v období od 15.04. do 30.09.
s filtrovatelní nižší než 0 °C;
l přechodová motorová nafta – tj.
motorová nafta pro mírné klima
třídy D v období od 1.03. do
14.04. a od 1.10. do 15.11. s filtrovatelností nižší než -10 °C;
l zimní motorová nafta – tj. motorová nafta pro mírné klima třídy
F v období 16.11. do 28.02. s filtrovatelností nižší než -20 °C.
Všechny tyto druhy se na čerpací
stanici prodávají ze stejné výdejní
pistole a neliší se svým označením.
V zimním období se někdy
můžeme setkat s motorovou naftou,
která není zcela čirá, ale je do určité
míry zakalená. Tento jev nemusí být
nijak na závadu. Vzniklé krystalky
parafinů, které způsobily toto zakalení, jsou zpočátku malé a nebrání
průchodu paliva palivovým traktem
motoru. Průchodnost palivového
traktu se naruší až při poklesu teploty pod bod filtrovatelnosti, tj. pod
teplotu, kdy vzniklé krystalky parafinů jsou natolik velké, že ucpou sítko vstřikovacího čerpadla. K ucpání
sítka vlivem vyloučených parafinů může ale dojít i při dlouhodobém stání motorové nafty za teplot
nižších než bod zákalu blížících se
bodu filtrovatelnosti, kdy může dojít k nasátí usazených parafinů. Zimní motorová nafta distribuovaná na
našem trhu má bod zákalu obvykle
nižší než -8 °C a filtrovatelnost nižší
než -20 °C, její skutečná operabilita
se pohybuje okolo –17 °C.
Použitelnost motorové nafty
výrazně závisí mj. na typu vozidla.
V poslední době jsou kladeny stále
větší požadavky na nízkoteplotní
vlastnosti motorových naft, a to
zejména s ohledem na průběh zimy,
kdy teploty klesají hluboko pod hranici - 20 °C. Je proto nevyhnutelné,
aby hodnota filtrovatelnosti byla
v zimních obdobích co nejnižší. Platí zde však určitá omezení vyplývající z destilační křivky paliva.
Pro zajištění bezporuchového provozu vznětových motorů za silných
a právě tyto složky způsobí předčasné zanesení palivového filtru.
Obsah síry
Síra, resp. organické sirné sloučeniny jsou přirozenou součástí ropy.
Obrázek 3. – Vývoj spotřeby motorové nafty na trhu ČR v období 1997 až
2007
Poznámka: Přepočtené údaje z přílohy č. 1 (součet motorové nafty ČSN
EN 590, směsných paliv a motorové nafty ”ostatní”
Pokud nejsou odstraněny v průběhu rafinačních procesů (nejčastěji
prostřednictvím vysoce účinných
hydrogenací), přecházejí zcela
zákonitě do jednotlivých ropných
frakcí a tedy i do motorové nafty.
Obsah síry je vlastně první vlastností motorové nafty, která je široce
kontrolována legislativou ve vztahu
k úrovni emisí.
Vývoj tuzemské i evropské legislativy je uveden na obrázku 2. včetně porovnání se skutečností v České
rafinérské (ČeR).
Tuzemské motorové nafty splňují
bez problémů jakostní požadavky
na ně kladené. Rafinérie jsou plně
připraveny i na výrobu bezsirných
motorových paliv vyžadovaných od
roku 2009. Příprava rafinérií probíhala v rámci akce nazvané „Čistá
paliva“. V rámci tohoto programu
byla V České rafinérské v rafinérii
Litvínov uskutečněna modernizace a rekonstrukce dvou hydrorafinačních jednotek plynového oleje,
v rafinérii Kralupy nad Vltavou jedné a další investice byly vynaloženy
u druhého tuzemského výrobce
motorové nafty – společnosti Paramo, a.s. Realizace těchto investič-
Obrázek 2. – Vývoj obsahu síry v motorové naftě
mrazů se vyrábí tzv. arktická motorová nafta s filtrovatelností nižší
než -32 °C a bodem zákalu nižším
než -22 °C, která je některými distribučními společnostmi nabízena
u vybraných ČS např. v podhůří
Krkonoš a na Šumavě. Stejný typ
motorové nafty používají také např.
ozbrojené složky.
Mnohdy si zákazníci během zimy
stěžují na špatnou kvalitu motorové
nafty, ale vlastní problém spočívá
úplně jinde. Velmi často je možné
se setkat s provozovateli automobilů, kteří prakticky neprovádějí údržbu palivového systému automobilu,
což má za následek zejména zvýšení
obsahu vody a mechanických nečistot v palivové nádrži automobilu
zejména vzhledem k razantnímu
snížení zemědělské výroby. Pozdější
nárůst pak byl způsoben masovým
rozvojem zejména silniční nákladní dopravy a v neposlední řadě také
rychle rostoucím počtem osobních
ních akcí v rámci programu „Čistá
paliva“ si vyžádala celkové náklady
cca 1,1 miliardy Kč.
Stávající požadavky na kvalitu
motorových naft
Požadavky na kvalitu motorových
naft pro nebližší budoucnost specifikuje evropská norma EN 590, do
které jsou v plném rozsahu implementovány všechny požadavky
směrnice 98/70/EC, ve znění směrnice 2003/17/EC. Tato evropská
norma je převzata do systému českých norem.
Vývoj spotřeby motorové
nafty v ČR
Spotřeba motorové nafty zaznamenala v první polovině 90. let pokles
automobilů se stále dokonalejšími
vznětovými motory na motorovou
naftu. Vývoj spotřeby u nás za posledních deset let je ukázán na obrázku 3.
Trh motorové nafty prochází neustálým vývojem. Vývoj spotřeby
je ovlivněn také vývojem národní
ekonomiky. Do celkové spotřeby se
také promítá růst cen ropy a z toho
vyplývající růst cen motorových
paliv.
Závěr
Zvyšování spotřeby motorových
paliv s sebou přináší problémy týkající se zhoršování životního prostředí.
S cílem co možná nejvíce omezit vliv
růstu automobilismu na životní prostředí jsou na kvalitu paliv kladeny
stále větší požadavky, a to nejen při
jejich spalování, ale výrazně se zasahuje i do celého procesu distribuce.
Motorová nafta se v poslední době stává nejdůležitějším motorovým palivem
a z hlediska předpokládané spotřeby ve
světě je nutné uvést, že v Evropě a USA
bude spotřeba v příštích letech stoupat,
ale ne tak výrazně jako v oblastech Dálného Východu, kde dojde k výraznému
zvýšení spotřeby.
Trh s motorovou naftou v USA
je zaměřen především na nákladní
automobily, kdežto v Evropě představují i osobní automobily a lehké
nákladní automobily značnou část
spotřebitelů motorové nafty.
Jako optimální řešení dalšího
vývoje se ukazuje nutnost prohloubení spolupráce mezi ropnými společnostmi, výrobci a konstruktéry
automobilů a legislativními orgány.
Cílem by měl být ekologický automobil, který bude mít velmi nízkou
spotřebu paliva, spalování bude
probíhat za optimálních podmínek
s co největším využitím energie
a vůz bude vybaven katalyzátorem v maximální míře redukujícím
obsah všech škodlivin ve výfukových plynech včetně oxidů dusíku.
Použité palivo by mělo mít optimální parametry jak z hlediska
ochrany životního prostředí, tak
i z hlediska jeho využitelnosti pro
pohon motorů, čehož se dosáhne
úpravou stávajících resp. zavedením nových technologií a komplexní aditivací motorového paliva
novými typy multifunkčních přísad
se širokou škálou jejich působení.
Výsledná kvalita paliva tak bude
kompromisem mezi technologickými možnostmi rafinérií, výrobními
náklady na palivo určujícími jeho
cenu a požadavky automobilistů.
Ing. Václav Pražák
Ing. Aleš Soukup, CSc.
ČESKÁ RAFINÉRSKÁ, a.s.,
Litvínov