세탄가
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1. 개요
세탄가는 디젤 연료의 점화 특성을 나타내는 척도이다. 동일한 점화 지연을 갖는 세탄과 아이소세탄의 혼합물을 기준으로 정의되며, 세탄은 100, 아이소세탄은 15의 세탄가를 갖는다. 세탄가는 연료의 점화 지연 시간의 역함수이며, 높을수록 점화 지연이 짧아 고속 디젤 엔진에 적합하다. 세탄가는 CFR 엔진, 점화 품질 테스터(IQT), 연료 점화 시험기(FIT) 등을 통해 측정하며, 세탄 지수(CI)를 통해 추정할 수도 있다. 디젤 연료의 세탄가는 일반적으로 48~50 사이에서 잘 작동하며, 유럽 연합 등에서는 최소 세탄가 기준을 정하고 있다.
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| 세탄가 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
 | |
| 개요 | |
| 화학식 | C₁₆H₃₄ |
| 몰 질량 | 226.44 g/mol |
| 밀도 | 0.820-0.845 g/cm³ (15 °C에서) |
| 세탄가 | |
| 세탄가 | 40-55 |
| 측정 방법 | CFR 엔진 IP 41/ASTM D613 표준 |
| 세탄 지수 | ASTM D4737에 따름 |
| 세탄가 향상제 | |
| 첨가제 | 질산 아밀 다이-tert-부틸 퍼옥사이드 |
| 관련 화합물 | |
| 관련 화합물 | 헵타메틸노난 (세탄가 15) 아이소세탄 α-메틸나프탈렌 (세탄가 0) |
2. 정의
연료의 세탄가는 동일한 점화 지연을 갖는 세탄과 아이소세탄의 혼합물을 찾아서 정의된다. 세탄은 세탄가를 100으로 정의하고, 아이소세탄의 측정된 세탄가는 15이다. 이는 이전의 기준 연료인 알파-메틸나프탈렌을 대체한 것으로, 알파-메틸나프탈렌은 0의 세탄가를 할당받았다.[13] 혼합비가 알려지면 세탄가는 세탄의 100과 아이소세탄의 15의 부피 가중 평균으로 계산되며, 가장 가까운 정수로 반올림된다.[13]
세탄가는 연료의 점화 지연 시간을 기준으로 측정된다. 이는 세탄(헥사데칸)과 아이소세탄(헵타메틸논안)의 혼합 비율을 통해 결정된다.[13] 세탄은 세탄가 100, 아이소세탄은 15로 정의되며, 이 혼합물의 부피 가중 평균으로 세탄가를 계산한다.[13]
:세탄가 = % ''n''-세탄 + 0.15(% 아이소세탄)[13]
세탄가는 연료의 점화 지연의 역함수이다. 점화 지연은 연료 연소 중 점화 시작과 첫 번째 식별 가능한 압력 증가 사이의 시간 간격이다. 특정 디젤 엔진에서 세탄가가 높은 연료는 세탄가가 낮은 연료보다 점화 지연 기간이 짧다. 세탄가는 비교적 가벼운 증류 디젤 오일에만 사용된다. 중유(잔류유)의 경우, CCAI와 CII라는 두 가지 다른 척도가 사용된다.
3. 측정 방법
세탄가를 측정하는 표준 방법에는 CFR 엔진, 점화 품질 테스터(IQT), 연료 점화 시험기(FIT)가 있다.
3. 1. CFR 엔진
연료의 세탄가는 동일한 점화 지연을 갖는 세탄과 아이소세탄의 혼합물을 찾아서 정의한다. 세탄은 세탄가를 100으로 정의하고, 아이소세탄의 측정된 세탄가는 15이다. 이는 이전의 기준 연료인 알파-메틸나프탈렌을 대체한 것으로, 알파-메틸나프탈렌은 0의 세탄가를 할당받았다.[13]
세탄가는 연료의 점화 지연의 역함수이다. 점화 지연은 연료 연소 중 점화 시작과 첫 번째 식별 가능한 압력 증가 사이의 시간 간격이다. 특정 디젤 엔진에서 세탄가가 높은 연료는 세탄가가 낮은 연료보다 점화 지연 기간이 짧다. 세탄가는 비교적 가벼운 증류 디젤 오일에만 사용된다. 중유(잔류유)의 경우, CCAI와 CII라는 두 가지 다른 척도가 사용된다.
세탄가는 정확하게 측정하기가 상당히 어려운데, 이는 협력 연료 연구(CFR) 엔진이라고 하는 특수한 디젤 엔진이 필요하기 때문이다. 표준 테스트 조건에서, CFR 엔진 작동자는 수동 휠을 사용하여 연료 분사 및 점화 사이의 시간이 2.407ms가 될 때까지 엔진의 압축비(따라서 실린더 내의 최대 압력)를 증가시킨다. 그런 다음 결과 세탄가는 동일한 점화 지연을 초래할 세탄(헥사데칸)과 아이소세탄 (2,2,4,4,6,8,8-헵타메틸노난)의 혼합물을 결정하여 계산된다.
세탄가를 측정하기 위한 산업 표준은 CFR 엔진의 경우 ASTM D613(ISO 5165), IQT의 경우 D6890, FIT의 경우 D7170이다.
3. 2. 점화 품질 테스터 (IQT)
디젤 연료의 유도 세탄가(DCN)를 측정하는 신뢰할 수 있는 방법은 점화 품질 테스터(IQT)를 사용하는 것이다. 이 기기는 CN 측정에 더 간단하고 견고한 접근 방식을 적용한다. 연료는 약 575°C 및 310psi의 정적 용적 연소 챔버에 분사된다. 분사 시작과 연소 챔버 압력이 310psi로 회복되는 시간 간격을 점화 지연이라고 정의한다. 이 측정된 점화 지연은 연료의 DCN을 계산하는 데 사용된다. 연료의 DCN은 점화 지연에 대한 경험적 역 관계를 사용하여 계산된다. IQT의 재현성, 재료 비용 및 속도 때문에 2000년대 후반부터 연료의 DCN 측정을 위한 결정적인 원천이 되었다.[14]
세탄가를 측정하기 위한 산업 표준은 CFR 엔진의 경우 ASTM D613(ISO 5165), IQT의 경우 D6890, FIT의 경우 D7170이다.
3. 3. 연료 점화 시험기 (FIT)
연료 점화 시험기(FIT)는 디젤 연료의 유도 세탄가를 측정하는 신뢰할 수 있는 방법 중 하나이다. 이 장치는 CFR보다 CN 측정에 더 간단하고 견고한 접근 방식을 적용한다. 연료는 주변 온도가 약 575°C인 정적 부피 연소 챔버에 분사된다. 연료가 연소되고 챔버 내의 높은 압력 변화율이 연소 시작을 정의한다. 연료의 점화 지연은 연료 분사 시작과 연소 시작 사이의 경과 시간으로 계산할 수 있다. 연료의 유도 세탄가는 점화 지연에 대한 경험적 역관계를 사용하여 계산할 수 있다.[1]
세탄가를 측정하기 위한 산업 표준은 CFR 엔진의 경우 ASTM D613(ISO 5165), IQT의 경우 D6890, FIT의 경우 D7170이다.[1]
3. 4. 세탄 지수 (CI)
세탄가는 연료의 점화 지연의 역함수이다. 점화 지연은 연료 연소 중 점화 시작과 첫 번째 식별 가능한 압력 증가 사이의 시간 간격이다.[13] 특정 디젤 엔진에서 세탄가가 높은 연료는 세탄가가 낮은 연료보다 점화 지연 기간이 짧다. 세탄가는 비교적 가벼운 증류 디젤유에만 사용된다. 중유(잔류유)의 경우, CCAI와 CII라는 두 가지 다른 척도가 사용된다.
연료 사용자가 품질을 관리하기 위해 사용하는 또 다른 통계는 세탄 지수(CI)로, 이는 연료의 밀도와 증류 범위에 따라 계산된 숫자이다. 미터법 또는 야드파운드법 단위를 사용하는지, 사용되는 증류 지점의 수에 따라 이 지수의 다양한 버전이 있다. 요즘 대부분의 석유 회사는 밀도와 10%, 50%, 90% 회수 온도를 기반으로 하는 '4점 방법', ASTM D4737을 사용한다. '2점 방법'은 ASTM D976에 정의되어 있으며 밀도와 50% 회수 온도만 사용한다. 이 2점 방법은 세탄 지수를 과대 평가하는 경향이 있으며 권장되지 않는다. 세탄 지수 계산은 세탄 향상제 첨가제를 고려할 수 없으므로 첨가된 디젤 연료의 총 세탄가를 측정하지 않는다. 디젤 엔진 작동은 주로 실제 세탄가와 관련이 있으며, 세탄 지수는 기본(첨가제 미사용) 세탄가의 추정치일 뿐이다.
4. 세탄가의 중요성
일반적으로 디젤 엔진은 세탄가(CN) 48에서 50 사이에서 잘 작동한다. 세탄가가 낮은 연료는 점화 지연 시간이 길어져 연료 연소 공정을 완료하는 데 더 많은 시간이 필요하다. 따라서 고속 디젤 엔진은 세탄가가 높은 연료로 더 효과적으로 작동한다.
유럽에서는 1994년에 디젤 세탄가를 최소 38, 2000년에는 40으로 설정했다. 유럽 연합, 아이슬란드, 노르웨이, 스위스에서 판매되는 디젤의 표준은 EN 590에 의해 정의된다. 2001년 1월 1일부터 EN 590은 최소 세탄 지수 46과 최소 세탄가 51을 요구한다. 프리미엄 디젤 연료는 최대 60까지 세탄가를 가질 수 있다.[2]
핀란드에서 주유소 체인 St1(Diesel Plus), Shell (GTL 포함) 및 ABC(Smart Diesel)에서 판매되는 프리미엄 디젤 연료는 최소 세탄가 60을 가지며 일반적인 값은 63이다.[3][4][5] 핀란드에서 판매되는 Neste MY 재생 디젤은 최소 세탄가 70을 가지고 있다.[6]
북미에서는 대부분의 주에서 ASTM D975를 디젤 연료 표준으로 채택하고 최소 세탄가를 40으로 설정했으며 일반적인 값은 42-45 범위이다. 프리미엄 디젤 연료는 공급업체에 따라 세탄가가 더 높거나 낮을 수 있다. 프리미엄 디젤은 종종 CN과 윤활성을 향상시키기 위해 첨가제, 세제를 사용하여 연료 분사기를 청소하고 탄소 침전물을 최소화하며, 지역 및 계절적 요구 사항에 따라 수분 분산제 및 기타 첨가제를 사용한다. 캘리포니아 디젤 연료는 최소 세탄가가 53이다.[7] 텍사스 저배출 디젤(TxLED) 프로그램에 따라 디젤 연료가 세탄가 48 이상이어야 하거나 승인된 대체 제형을 사용하거나 지정된 대체 제한 사항을 준수해야 하는 110개 카운티가 있다.[8]
북미에서 판매되는 Neste MY 재생 디젤은 세탄가 70+를 가지고 있다.[9]
5. 일반적인 세탄가
일반적으로 디젤 엔진은 세탄가(CN) 48에서 50 사이에서 잘 작동한다. 세탄가가 낮은 연료는 점화 지연 시간이 길어져 연료 연소 공정을 완료하는 데 더 많은 시간이 필요하다. 따라서 고속 디젤 엔진은 세탄가가 높은 연료로 더 효과적으로 작동한다.
유럽에서는 1994년에 디젤 세탄가를 최소 38, 2000년에는 40으로 설정했다. 유럽 연합, 아이슬란드, 노르웨이 및 스위스에서 판매되는 디젤의 표준은 표준 EN 590에 의해 정의된다. 2001년 1월 1일부터 EN 590은 최소 세탄 지수 46과 최소 세탄가 51을 요구한다. 프리미엄 디젤 연료는 최대 60까지 세탄가를 가질 수 있다.[2]
핀란드에서 주유소 체인 St1(Diesel Plus), Shell (GTL 포함) 및 ABC(Smart Diesel)에서 판매되는 프리미엄 디젤 연료는 최소 세탄가 60을 가지며 일반적인 값은 63이다.[3][4][5] 핀란드에서 판매되는 Neste MY 재생 디젤은 최소 세탄가 70을 가지고 있다.[6]
북미에서는 대부분의 주에서 ASTM D975를 디젤 연료 표준으로 채택하고 최소 세탄가를 40으로 설정했으며 일반적인 값은 42-45 범위이다. 프리미엄 디젤 연료는 공급업체에 따라 세탄가가 더 높거나 낮을 수 있다. 프리미엄 디젤은 종종 CN과 윤활성을 향상시키기 위해 첨가제, 세제를 사용하여 연료 분사기를 청소하고 탄소 침전물을 최소화하며, 지역 및 계절적 요구 사항에 따라 수분 분산제 및 기타 첨가제를 사용한다. 캘리포니아 디젤 연료는 최소 세탄가가 53이다.[7] 텍사스 저배출 디젤(TxLED) 프로그램에 따라 디젤 연료가 세탄가 48 이상이어야 하거나 승인된 대체 제형을 사용하거나 지정된 대체 제한 사항을 준수해야 하는 110개 카운티가 있다.[8]
북미에서 판매되는 Neste MY 재생 디젤은 세탄가 70+를 가지고 있다.[9]
6. 세탄가 향상제
알킬 질산염(주로 2-에틸헥실 질산염[10])과 다이-''tert''-부틸 과산화물은 세탄가를 높이기 위한 첨가제로 사용된다.
7. 대체 연료
바이오디젤은 식물성 기름에서 추출 시 46~52의 세탄가를 가지는 것으로 기록되었으며, 동물성 지방 기반 바이오디젤의 세탄가는 56~60이다.[11] 디메틸 에테르는 높은 세탄가(55-60)를 가지며 바이오 연료로 생산될 수 있어 잠재적인 디젤 연료이다.[12] 디에틸 에테르와 같은 액체 상태의 단순 에테르는 대부분 디젤 연료로 사용될 수 있지만, 윤활성에 대한 우려가 있을 수 있다.
8. 화학적 관련성
연료의 세탄가는 동일한 점화 지연을 갖는 세탄과 아이소세탄의 혼합물을 찾아서 정의된다. 세탄의 세탄가는 100이고, 아이소세탄의 세탄가는 15이다. 이는 이전의 기준 연료인 알파-메틸나프탈렌(세탄가 0)을 대체한 것이다.[13] 혼합비가 알려지면 세탄가는 다음과 같이 계산된다.[13]
:세탄가 = % ''n''-세탄 + 0.15(% 아이소세탄)[13]
세탄가는 연료의 점화 지연의 역함수이다. 점화 지연은 연료 연소 중 점화 시작과 첫 번째 식별 가능한 압력 증가 사이의 시간 간격이다. 특정 디젤 엔진에서 세탄가가 높은 연료는 세탄가가 낮은 연료보다 점화 지연 기간이 짧다. 세탄가는 비교적 가벼운 증류 디젤 오일에만 사용된다. 중유(잔류유)의 경우, CCAI와 CII라는 두 가지 다른 척도가 사용된다.
세탄은 화학식 C16H34, 구조식 CH3(CH2)14CH3를 갖는 탄화수소이다. n-헥사데칸이라고도 불리며, 비분지형 포화 알칸이다. 세탄은 압축 하에서 짧은 지연 시간으로 점화되어 세탄가가 100으로 지정된다. 지연 기간이 긴 알파-메틸나프탈렌은 세탄가가 0이었지만, 기준 연료는 2,3,4,5,6,7,8-헵타메틸노난(세탄가 15)으로 대체되었다.[13] 디젤 연료의 다른 모든 탄화수소는 압축( 디젤 엔진 조건) 하에서 얼마나 빠르게 점화되는지에 따라 세탄을 기준으로 지표화된다. 수백 가지 성분으로 구성된 디젤 연료에서 해당 연료의 전체 세탄가는 모든 성분의 평균 세탄 품질이다. 고세탄 성분은 불균형적인 영향을 미치므로 고세탄 첨가제가 사용된다.
참조
[1]
간행물
Automotive Fuels
Wiley-VCH, Weinheim
2007
[2]
웹사이트
http://rb-k.bosch.de[...]
2007-12-24
[3]
웹사이트
St1 Diesel plus -20 °C Product Data Sheet
https://content.st1.[...]
2018-03-15
[4]
웹사이트
Shell Diesel Summer -20 °C Product Data Sheet
https://www.shell.fi[...]
2018-03-15
[5]
웹사이트
NEOT DIESEL -10/-20, NEOT DIESEL -10/-20 Premium Smart Diesel Data Sheet
https://www.abcasema[...]
2018-03-15
[6]
웹사이트
Neste MY Renewable Diesel Product Data Sheet
https://www.neste.fi[...]
2019-01-01
[7]
웹사이트
Specs table
http://www.arb.ca.go[...]
2013-06-08
[8]
웹사이트
Texas Low Emission Diesel (TxLED) Program
https://www.tceq.tex[...]
[9]
웹사이트
The Advantages of Neste MY Renewable Diesel (HVO or R99 Diesel)
https://www.neste.us[...]
2022-07-22
[10]
웹사이트
http://www.dorfketal[...]
2007-08-08
[11]
웹사이트
404 Error - Biodiesel.org
http://www.biodiesel[...]
2008-09-13
[12]
서적
Beyond Oil and Gas: The Methanol Economy
https://archive.org/[...]
[13]
서적
Handbook of Petroleum Product Analysis: Speight/Handbook of Petroleum Product Analysis
http://doi.wiley.com[...]
John Wiley & Sons, Inc
2014-12-12
[14]
논문
2009
[15]
논문
The experimental evaluation of a methodology for surrogate fuel formulation to emulate gas phase combustion kinetic phenomena
[16]
논문
A jet fuel surrogate formulated by real fuel properties
[17]
문서
「石油製品－オクタン価，セタン価及びセタン指数の求め方」のJIS を国際規格に整合した規格体系で制定 経済産業省 平成25年12月20日
http://www.meti.go.j[...]
[18]
웹사이트
石油豆知識「セタン価」石油学会
http://www.sekiyu-ga[...]
[19]
웹사이트
石油豆知識「セタン価」石油学会
http://www.sekiyu-ga[...]
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