Paliwa silnikowe 

Spalanie 

Reakcja utleniania egzoenergetyczna, w której wyniku szybkość 
wywiązywania ciepła w ustalonych warunkach otoczenia 
powoduje promieniowanie elektromagnetyczne o częstotliwości 
w zakresie promieniowania widzialnego o natężeniu uznanym za 
umowną granice świecenia. 

 

Paliwo – reduktor w reakcji spalania z tlenem. 

 

 

2

Paliwa silnikowe 

 

Konwencjonalne. 

 

Niekonwencjonalne. 

Paliwa silnikowe konwencjonalne 

Paliwa silnikowe konwencjonalne – paliwa węglowodorowe 
pochodzące z przeróbki ropy naftowej: benzyny silnikowe i oleje 
napędowe. 

Paliwa silnikowe niekonwencjonalne 

Paliwa silnikowe niekonwencjonalne – paliwa węglowodorowe 
i inne, pochodzące z przeróbki ropy naftowej i innych zasobów 
mineralnych, pochodzące z przeróbki surowców biologicznych 
oraz tzw. syntetyczne i inne. 

 

3

Paliwa silnikowe zast

ępcze 

Paliwa silnikowe zast

ępcze – paliwa niekonwencjonalne, 

stanowi

ące paliwa zastępcze benzyny silnikowej do silników 

o zapłonie iskrowym lub oleju nap

ędowego do silników 

o zapłonie samoczynnym. Paliwa zast

ępcze są zamiennikami 

benzyny silnikowej lub oleju nap

ędowego. 

 

4

 

Paliwa niekonwencjonalne

 

Paliwa stałe

 

Paliwa ciekłe

 

Paliwa gazowe

 

Paliwa 

węglowodorowe

 

Paliwa 

niewęglowodorowe

 

Pył węglowy

 

Gaz ziemny: 

CNG 
LNG

 

Biogaz

 

Gaz 

ropopochodny 

LPG 

LNG

Wodór

 

Gaz generatorowy

 

Gaz świetlny

 

Gaz wodny

 

Alkohole

 

Etery

 

Oleje roślinne

 

Estry olejów roślinnych

 

Paliwa syntetyczne: 

Amoniak 

Eter dimetylowy DME 

Benzyna syntetyczna 

Olej napędowy 

syntetyczny 

 

 

 

 

5

Spalanie paliw węglowodorowych 

O

H

2

m

CO

n

O

)

4

m

n

(

H

C

2

2

2

m

n

+

→



+

+

 

 

Spalanie paliw zawierających węgiel, wodór i tlen 

O

H

2

m

CO

n

O

)

2

r

4

m

n

(

O

H

C

2

2

2

r

m

n

+

→



−

+

+

 

 

Przeciętny skład masowy benzyn silnikowych i olejów 
napędowych – udziały masowe węgla i wodoru: 

 

85% C – u

C

 = 0,85 

 

15% H

2

 – u

H

 = 0,15

 

 

6

Wymagania stawiane paliwom ze wzgl

ędu na ochronę 

środowiska: 

1.

 

Zapewnienie silnikom jak największej sprawności ogólnej 

w celu ochrony zasobów naturalnych i ograniczenia 
globalnych emisji spowodowanych spalaniem paliw – 
– stosowania paliw o jak największej wartości opałowej. 

2.

 

Stosowanie paliw, umożliwiających zmniejszenie emisji 

substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska. 

Minimalizacja udziału w paliwach zanieczyszczeń i dodatków, 
sprzyjających emisji substancji szkodliwych dla środowiska. 

Odnawialność paliw, umożliwiająca cyrkulację węgla 
w niewielkiej skali czasu.

 

 

7

3.

 

Wymagania bezpieczeństwa użytkowania środków transportu 

i silników. 

Biodegradowalność paliw. 

4.

 

Zapewnienie silnikom dostatecznej trwałości – ograniczenie 

powstawania produktów zużycia oraz produktów 
odpadowych obsługi środków transportu. 

5.

 

Produkcja i dystrybucja paliw powinna zapewnić jak 

najmniejszą degradację środowiska. 

 

 

8

Podstawowe problemy stosowania paliw silnikowych: 

1.

 

Ograniczenie emisji substancji szczególnie szkodliwych dla 
środowiska, m.in. przez: 

 

ograniczenie zawartości węglowodorów aromatycznych, 

 

odpowiednie komponowanie paliw. 

2.

 

Ograniczenie zanieczyszczeń i dodatków, sprzyjających emisji 
substancji szkodliwych dla środowiska, m.in.: związków 
ołowiu (benzyny) i siarki (oleje napędowe i benzyny). 

3.

 

Spełnieniem przez paliwa innych funkcji niezbędnych 
w eksploatacji silników przez zapewnienie odpowiednich 
właściwości fizyko–chemicznych, m.in. przeciwkorozyjnych, 
myjących, oddziałujących na przebieg procesów spalania itp. 

 

 

 

9

Ropa naftowa 
Ciecz oleista o charakterystycznym zapachu i barwie od 
bursztynowej do ciemnozielonej lub prawie czarnej. 
Złożona mieszanina związków chemicznych, głównie 
organicznych związków węgla i wodoru. Innymi składnikami 
ropy naftowej są związki organiczne siarki, tlenu i azotu oraz 
związki metaloorganiczne. 
Ropa naftowa – wynik beztlenowego rozkładu substancji 
organicznych. 
 
Destylacja 
Przeprowadzanie mieszaniny cieczy w stan pary i ponowne 
skraplania składników w celu ich wyodrębnienia; 
–

 

ciśnieniowa, 

–

 

próżniowa. 

 

 

10

Skład chemiczny 
Masowy lub objętościowy udział poszczególnych związków 
chemicznych lub grup związków chemicznych w badanym 
czynniku. 

 

Skład elementarny 
Masowy udział poszczególnych pierwiastków w badanym 
czynniku. 

 

Skład frakcyjny 
Frakcja 
Wyodrębniona część składowa mieszaniny substancji, 
wyróżniająca się pewnymi określonymi właściwościami 
fizycznymi, np. temperaturą wrzenia, krzepnięcia, 
charakterystyczną rozpuszczalnością, gęstością. 
Frakcja w petrochemii – część produktu naftowego wrząca 
w określonym przedziale temperatury. 

 

11

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

T

z 

[%

 v

/v

]

T

10

T

p

T

50

T

90

T

90

T

95

T

96

T

98

 

Krzywa destylacji 

 

12

Gęstość [g/cm

3

]: 

 

Gęstość w temperaturze 15ºC 

 

Gęstość w temperaturze 20ºC 

 
Prężność par nasyconych Reida VPR [kPa] 
Ciśnienie, które wywiera para nasycona czynnika nad jego 
powierzchnią. 
 
Lepkość 
Miara tarcia wewnętrznego w płynie: 
–

 

dynamiczna lub kinematyczna, 

–

 

bezwzględna lub względna (stopnie Englera, sekundy 
Redwooda, sekundy uniwersalne Saybolta). 

 

13

Lepkość dynamiczna [Pa·s] 

dx

dw

A

F

⋅

=

η

 

F – siła styczna potrzebna do przesunięcia warstwy płynu 
A – pole powierzchni warstwy płynu 
dw/dx – pochodna prędkości przesunięcia warstw płynu 
względem ich odległości 
 
Lepkość kinematyczna [mm

2

/s] 

ρ

η

ν

=

 

ρ – gęstość płynu 
 

 

14

Płynność 
Właściwość, wynikająca z braku sprężystości postaciowej; 
właściwość odwrotna do lepkości. 
 
Temperatura krzepnięcia [ºC] 
Temperatura, w której ciecz traci całkowicie płynność. 
 
Temperatura wrzenia [ºC] 
Temperatura, w której prężność pary nasyconej nad cieczą jest 
równa ciśnieniu zewnętrznemu. 
 
Temperatura krystalizacji [ºC] 
Temperatura, w której z cieczy wydzielają się pierwsze widoczne 
gołym okiem kryształki. 
 

 

15

Temperatura samozapłonu [ºC] 
Najniższa temperatura, w której w znormalizowanych 
warunkach pary paliwa zapalają się samorzutnie w atmosferze 
powietrza. 
 
Temperatura zapłonu [ºC] 
Temperatura, w której paliwo ogrzewane w znormalizowanych 
warunkach ma prężność par nasyconych wystarczającą do 
utworzenia z otaczającym powietrzem mieszaniny zapalającej się 
po zbliżeniu płomienia. 
 
Ciepło parowania [kJ/kg] 
Ilość ciepła pobierana przez ciecz o jednostkowej masie przy 
przejściu w parę w temperaturze wrzenia. 

 

16

Ciepło spalania [kJ/kg] 
Ilość ciepła wydzialająca się podczas całkowitego i zupełnego 
spalania się cieczy o jednostkowej masie, przy czym temperatura 
produktów i substratów jest taka sama. 
 
Wartość opałowa [kJ/kg] 
Ilość ciepła wydzialająca się podczas całkowitego i zupełnego 
spalania się cieczy o jednostkowej masie bez schładzania spalin. 
 
Ciepło właściwe [kJ/(kg·K)] 
Ilość ciepła wymienianego przez substancję o jednostkowej masie 
przy jednostkowej zmianie temperatury. 
 

 

17

Napięcie powierzchniowe 

σσσσ

 [mN/m] 

Siła spójności przypadająca na jednostkową długość na granicy 
dwu faz. Charakteryzuje rozpylenie, parowanie, emulgowanie. 

T

p

ρ

ν

σ

⋅

⋅

∝

 

νννν

 – lepkość kinematyczna 

ρρρρ

 – gęstość 

p – ciśnienie 
T – temperatura 
 
Stała stechiometryczna paliwa [kg pow/kg pal] 
Stosunek masy powietrza, koniecznego do całkowitego 
i zupełnego spalenia paliwa, i masy spalonego paliwa. 
 

 

18

Technologia przeróbki ropy naftowej 

Procesy przetwarzania ropy naftowej: 

 

zachowawcze: 
–

 

destylacja, 

–

 

ekstrakcja, 

–

 

adsorpcja, 

–

 

rafinacja, 

 

rozkładowe – wtórnego przetwarzania: 
–

 

rafinacja, 

–

 

reformowanie termiczne i katalityczne, 

–

 

krakowanie termiczne i katalityczne, 

–

 

cyklizacja, 

–

 

polimeryzacja, 

–

 

alkilowanie. 

 

 

19

Destylacja 
Przeprowadzanie mieszaniny cieczy w stan pary i ponowne 
skraplania składników w celu ich wyodrębnienia: 
–

 

ciśnieniowa, 

–

 

próżniowa. 

 
Ekstrakcja 
Uzyskiwanie wyciągów na skutek zagęszczania. 
 
Adsorpcja

 

Zjawisko powierzchniowego wiązania cząsteczek płynu: 
–

 

fizyczna – przyciąganie międzycząsteczkowe siłami van der 
Vaalsa, 

–

 

chemiczna – tworzenie wiązań chemicznych. 

 

 

20

Rafinacja 
Usuwanie z produktów destylacji ropy naftowej składników: 

 

rafinacja ługowa – związków tlenu i siarki, 

 

rafinacja kwasem siarkowym – związków siarki, azotu, 
substancji żywicznych i węglowodorów nienasyconych, 

 

rafinacja uwodorniająca (hydrorafinacja) – związków siarki, 
azotu i tlenu. 

 
Reformowanie (termiczne i katalityczne) 
Proces otrzymywania wysokooktanowych składników benzyn 
z lekkich destylatów ropy naftowej – ogrzewanie surowca pod 
ciśnieniem (1,5 ÷ 7) MPa do temperatury (470 ÷ 520)ºC 
w obecności katalizatora, najczęściej platyny (r. katalityczne). 
Przemiana węglowodorów cykloalifatycznych w aromatyczne 
oraz alkanów w aromatyczne oraz w izoalkany (odwodornienie, 
cyklizacja, izomeryzacja). 

 

21

Odwodornienie 
Proces w obecności platyny, niklu lub katalizatorów tlenkowych 
– rozbijanie węglowodorów wielopierścieniowych. 
 
Cyklizacja 
Katalityczny proces tworzenia węglowodorów cykloalifatycznych 
z węglowodorów prostołańcuchowych. 
 
Izomeryzacja 
Katalityczna przemiana prostołańcuchowych alkanów 
w odpowiednie alkany rozgałęzione – przemiana lekkich frakcji 
na paliwa wysokojakościowe: benzyny wysokooktanowe, oleje 
napędowe o niskiej temperaturze krzepnięcia. 
 

 

22

Krakowanie (termiczne i katalityczne) 
Rozkład termiczny (k. termiczne) lub katalityczny 
(k. katalityczne) cięższych produktów destylacji ropy naftowej na 
paliwa silnikowe (paliwa gazowe, benzyny i oleje napędowe), 
prowadzone w temperaturze wyższej niż 400ºC. 
 
Alkilowanie 
Reakcje węglowodorów nienasyconych z izoalkanami w celu 
otrzymania benzyny wysokooktanowej. 
Alkilowanie termiczne w temperaturze (500 ÷ 520)ºC i pod 
ciśnieniem 31 MPa. 
Alkilowanie katalityczne w obecności kwasu siarkowego lub 
fluorowodorowego w temperaturze (2 ÷ 20)ºC. 
 

 

23

Polimeryzacja (termiczna i katalityczna) 
Odwrotne do reakcji krakowania – tworzenie z gazów C

2

 – C

4

 

węglowodorów będących składnikami benzyn. 
 

 

24

Benzyny silnikowe 

Benzyna silnikowa 

– mieszanina w

ęglowodorów i innych 

zwi

ązków organicznych o temperaturze wrzenia (40 ÷ 200) ºC. 

 

Gęstość w temperaturze 15ºC [g/cm

3

] 

 

Liczba oktanowa LO 
Charakteryzuje odporność paliwa na spalanie stukowe. 
Procentowa objętościowa zawartość izooktanu C

8

H

18

 (2, 2, 4 – 

– trimetylopentanu) w mieszaninie z n–heptanem C

7

H

16

 o takiej 

samej odporności na palanie stukowe w znormalizowanych 
warunkach, jak badane paliwo. 

 

 

25

Liczba oktanowa motorowa LOM 
Charakterystyczna dla dużego obciążenia: n = 900 min

–1

, 

podgrzewana mieszanka (149ºC), zmienny kąt wyprzedzenia 
zapłonu. Wyznaczana na silniku o zmiennym stopniu sprężania 

εεεε

 = 4 ÷ 10. 

Liczba oktanowa badawcza LOB 
Charakterystyczna dla częściowego obciążenia: n = 600 min

–1

, nie 

podgrzewana mieszanka, stały kąt wyprzedzenia zapłonu. 
Wyznaczana na silniku o zmiennym stopniu sprężania 

εεεε

 = 4 ÷ 10. 

Liczba oktanowa drogowa LOD 
Wyznaczana w warunkach drogowych – badanie w czasie 
przyspieszania ze zmiennym kątem wyprzedzenia zapłonu. 

 

26

Duża LO: węglowodory pierścieniowe i rozgałęzione izoalkany. 

Mała LO: węglowodory prostołańcuchowe. 

Zwiększanie LO: 

 

skład frakcyjny (lżejsze frakcje), 

 

skład chemiczny, 

 

dodatki metaloorganiczne: tertaetyloołów (czteroetylek ołowiu) 
Pb(C

2

H

5

)

4

; tertametyloołów (czterometylek ołowiu) Pb(CH

3

)

4

; 

związki żelaza (ferrocen), związki potasu. 

Czułość liczby oktanowej 

δδδδ

 = LOB – LOM 

δδδδ

 = 0 ÷ 13 

Duża czułość LO: alkeny i aromaty. 

Mała czułość LO: alkany. 
 

 

 

27

Tendencje: 

 

Ograniczanie zawartości ołowiu do 

0,013 g/dm

3

 w dystrybucji. 

0,005 g/dm

3

 u producenta. 

 

Ograniczenie zawartości siarki – ze względu na trwałość 
i skuteczność reaktorów katalitycznych. 

 

Ograniczanie zawartości węglowodorów aromatycznych do 
30%, w tym benzenu do 1%. 

 

Zwiększanie zawartości izoalkanów – benzyny reformowane. 

 

Stosowanie dodatków zawierających tlen: 

–

 

Alkohole. 

–

 

Etery: 

•

 

eter metylo–tert–butylowy – MTBE, 

•

 

eter etylo–tert–butylowy – ETBE. 

 

28

Oleje napędowe 

Olej napędowy 

–

 mieszanina węglowodorów (od C

11

H

24

 do 

C

18

H

28

) i innych związków organicznych o temperaturze 

wrzenia (150 ÷ 350) ºC. 

 

Gęstość w temperaturze 15ºC [g/cm

3

] 

 

Liczba cetanowa LC 
Charakteryzuje zdolność paliwa do samozapłonu. 
Procentowa objętościowa zawartość n–cetanu C

16

H

34

 

(n–heksadekanu) w mieszaninie z 

αααα

–metylonaftalenem C

11

H

10

 

(aren o dwóch pierścieniach) o takiej samej zdolności do 
samozapłonu w znormalizowanych warunkach, jak badane 
paliwo. 

 

29

LC = 45 ÷ 60 
LC 

≈≈≈≈

 55

±5

 – 0,45·LOB 

LC 

≈≈≈≈

 60

±5

 – 0,55·LOM 

0

10

20

30

40

50

60

70

0

20

40

60

80

100

120

LOB

LC

LC = 55

±5

 - 0,45·LOB

 

 

30

 

 

31

Zawartość siarki [% m/m] 

 

Lepkość kinematyczna [mm

2

/s] 

 

W temperaturze 20ºC 

 

W temperaturze 40ºC 

 

Temperatura krzepnięcia [ºC] 
Temperatura, w której ciecz traci całkowicie płynność. 

 

Temperatura zablokowania zimnego filtra [ºC] 
Najwyższa temperatura, w której w znormalizowanych 
warunkach ustaje przepływ oleju przez filtr. 

 

Temperatura samozapłonu [ºC] 
Najniższa temperatura, w której w znormalizowanych 
warunkach pary paliwa zapalają się samorzutnie w atmosferze 
powietrza. 

 

32

Tendencje: 

 

Ograniczenie zawartości siarki poniżej 50 ppm (w oleju City 
Diesel 10 ppm = 0,001%). 

 

Zmniejszenie gęstości i lepkości. 

 

Zwiększanie liczby cetanowej. 

 

Zmniejszenie zawartości węglowodorów aromatycznych. 

 

Obniżenie temperatury końca destylacji. 

 

Stosowanie dodatków zawierających tlen: 

–

 

Alkohole. 

–

 

Etery: 

•

 

eter metylo–tert–butylowy – MTBE, 

•

 

eter etylo–tert–butylowy – ETBE. 

–

 

Estry wyższych kwasów karboksylowych (tłuszczowych). 

 

33

Gazowe paliwa węglowodorowe 

 

Skroplony gaz ziemny (głównie metan) LNG (liquefied 
natural gas) – przechowywany w temperaturze – 162 ºC 
i pod ci

śnieniem atmosferycznym. 

 

Spr

ężony gaz ziemny (głównie metan) CNG (compressed 

natural gas) – przechowywany w temperaturze otoczenia 
i pod ci

śnieniem (16 

÷÷÷÷

 25) MPa. 

 

Biogaz (głównie metan). 

 

Mieszanina skroplonych gazów ropopochodnych (głównie 
propan i butan) LPG (liquefied petroleum gas) – 
– przechowywany w temperaturze otoczenia i pod 
ci

śnieniem (0,3 

÷÷÷÷

 0,5) MPa. 

 

 

34

Niewęglowodorowe paliwa niekonwencjonalne 

 

Wodór. 

 

Alkohole (metanol, etanol i wyższe alkohole) oraz ich 
pochodne. 

 

Oleje roślinne i ich pochodne, przede wszystkim estry 
metylowe i etylowe. 

 

Paliwa syntetyczne jako zastępcze dla paliw 
konwencjonalnych, w szczególności wytworzone 
z biomasy. 

 

Inne paliwa tzw. syntetyczne, takie jak: amoniak, eter 
dimetylowy (DME), furany. 

 

 

35

Wodór 

Zapasy wodoru we wszechświecie – 90% masy 
wszechświata! 

Najpoważniejsze problemy: 

 

Otrzymywanie wodoru na skalę przemysłową – ogniwa 
fotoelektryczne o dostatecznie dużej sprawności. 

 

Przechowywanie wodoru w pojeździe. 

Przechowywanie wodoru w pojeździe: 

 

W stanie gazowym sprężony wodór pod ciśnieniem 55 MPa 
i w temperaturze otoczenia. 

 

W stanie skroplonym pod ciśnieniem zbliżonym do 
atmosferycznego w temperaturze – 253 

°°°°

C. 

 

W postaci związków chemicznych z metalami (wodorków). 

 

W postaci związanej z innymi materiałami, np. polimerami. 

 

36

Wodór do silników ZI 

Emisje drogowe w badaniach pojazdu z silnikiem zasilanym 
wodorem niższe niż przy zasilaniu benzyną: 

 

Emisja tlenku węgla o 97%. 

 

Emisja węglowodorów o 99%. 

 

Emisja tlenków azotu o 32%. 

 
Zastosowanie wodoru w ogniwach paliwowych. 

 

37

Postulat odnawialności paliw, tzn. skrócenia o wiele 
rzędów wielkości czasu cyrkulacji nośników energii 
(z poziomu milionów lat do kilku lat). 

 

Podstawowe paliwa odnawialne: 

 

Paliwa ro

ślinne: 

Alkohole (metanol, etanol, propanole, butanole i inne). 

Wy

ższe kwasy karboksylowe (oleje roślinne) i ich pochodne 

(przede wszystkim estry); estry olejów: rzepakowego 
(RME, R

ŐME), palmowego (PME, PŐME), kokosowego, 

słonecznikowego (SME). 

 

Biogaz – pochodz

ący z procesów beztlenowego rozkładu 

zwi

ązków organicznych. 

 

 

38

Ekologiczne skutki zastosowania estrów olejów roślinnych 
(jako paliw samoistnych oraz dodatków do paliw 
konwencjonalnych): 

 

Nieznaczne zmniejszenie emisji tlenku węgla 
i węglowodorów. 

 

Zwiększenie emisji tlenków azotu. 

 

Zmniejszenie emisji cząstek stałych. 

 

Zwiększenie emisji aldehydów. 

 

Zmniejszenie emisji związków siarki. 

 

Ograniczenie emisji dwutlenku węgla kopalnego 
w zamkniętym cyklu powstawania i eksploatacji paliw. 

 

Dobra biodegradowalność paliwa. 

 

39

Ekologiczne skutki zastosowania bioetanolu (jako paliw 
samoistnych oraz dodatków do paliw konwencjonalnych): 

 

Znaczne zmniejszenie emisji tlenku węgla 
i węglowodorów. 

 

Zmniejszenie emisji tlenków azotu. 

 

Znaczne zmniejszenie emisji cząstek stałych. 

 

Zwiększenie emisji aldehydów. 

 

Zmniejszenie emisji związków siarki. 

 

Ograniczenie emisji dwutlenku węgla kopalnego 
w zamkniętym cyklu powstawania i eksploatacji paliw. 

 

Dobra biodegradowalność paliwa.