Классификация и характеристика товарных нефтепродуктов. Классификация и характеристика товарных нефтепродуктов План лекции
 Скачать 26.85 Kb.
|
|
Классификация и характеристика товарных нефтепродуктов План лекции: 1. Классификация нефтепродуктов; 2. Основные свойства топлив; 3. Характеристика товарных нефтепродуктов: 3.1 Бензины, дизельные топлива; 3.2 Котельные, судовые, газотурбинные и печные топлива; 3.3 Битумы и технический углерод (ТУ); 3.4 Нефтяные масла и присадки. 1. Классификация нефтепродуктов Вырабатываемые на нефтеперерабатывающих заводах продукты подразделяют на следующие группы, различающиеся по составу, свойствам и областям применения: 1) топлива — бензины, реактивные, дизельные, судовые, газотурбинные, печные, котельные, сжиженные газы коммунально-бытового назначения; 2) нефтяные масла; 3) парафины и церезины; 4) ароматические углеводороды; 5) нефтяные битумы; 6) нефтяной кокс; 7) пластичные смазки; присадки к топливам и маслам; прочие нефтепродукты общего назначения. 2. Основные свойства топлив При применении и хранении к топливам предъявляются следующие требования. Высокие энергетические и термодинамические характеристики продуктов сгорания. При горении топлива должно выделяться максимальное количество тепла, продукты сгорания должны иметь малую молекулярную массу, небольшие теплоемкость и теплопроводность. Хорошая прокачиваемость. Топлива должны надежно прокачиваться по топливной системе машин, трубопроводам, насосам, системам регулирования и другим агрегатам и коммуникациям при любых условиях окружающей среды — низкой и высокой температурах, различных давлениях, запыленности и влажности. Оптимальная испаряемость. В условиях хранения и транспортирования испарение должно быть минимальным. При применении в двигателе топлива должны иметь такую испаряемость, чтобы обеспечить надежное воспламенение и горение топлива с оптимальной скоростью в камерах сгорания двигателей. Минимальная коррозионная активность. Топлива не должны содержать компоненты, которые разрушают конструкционные материалы двигателя, средств хранения и транспортирования. Высокая стабильность в условиях хранения и применения. Топлива в течение длительного времени не должны изменять физико-химические и эксплуатационные свойства. Нетоксичность. Продукты сгорания также должны быть нетоксичными. 3. Характеристика товарных нефтепродуктов 3.1 Бензины, дизельные топлива Бензины — топлива, выкипающие в интервале температур 28— 215 °С и предназначенные для применения в двигателях внутреннего сгорания с принудительным воспламенением. В зависимости от назначения бензины разделяются на автомобильные и авиационные. Основными показателями бензина являются детонационная стойкость, давление насыщенных паров, фракционный состав, химическая стабильность и др. Ужесточение в последние годы экологических требований к качеству нефтяных топлив ограничило содержание в бензинах ароматических углеводородов и сернистых соединений. Детонационная стойкость Детонация возникает в том случае, если скорость распространения пламени в двигателе достигает 1500—2500 м/с, вместо обычных 20— 30 м/с. В результате резкого перепада давления возникает детонационная волна, которая нарушает режим работы двигателя, что приводит к перерасходу топлива, уменьшению мощности, перегреву двигателя, к прогару поршней и выхлопных клапанов. Октановое число Октановое число — условный показатель, характеризующий стойкость бензинов к детонации и численно соответствующий детонационной стойкости модельной смеси изооктана и н-гептана. Фракционный состав Фракционный состав бензинов характеризует испаряемость топлива, от которой зависит запуск двигателя, распределение топлива по цилиндрам двигателя, полнота сгорания, экономичность двигателя. Испаряемость определяется температурой перегонки 10, 50 и 90 % (об.) выкипания фракций бензина. Температура выкипания 10 % (об.) бензина характеризует пусковые свойства. При температуре ниже предельных значений в системе питания двигателя могут образовываться паровые пробки, а при более высоких температурах запуск двигателя затруднен. Давление насыщенных паров Давление насыщенных паров дает дополнительное представление об испаряемости бензина, а также о возможности образования газовых пробок в системе питания двигателя. Чем выше давление насыщенных паров бензина, тем выше его испаряемость. По фракционному составу бензина рассчитывают индекс испаряемости. Химическая стабильность В процессе хранения, транспортирования и применения бензинов возможны изменения в их химическом составе, обусловленные реакциями окисления и полимеризации. Окисление приводит к понижению октанового числа бензина и повышению его склонности к нагарообразованию. Для оценки химической стабильности бензинов используют показатели содержания фактических смол, индукционного периода окисления. Для повышения химической стабильности к топливам, содержащим компоненты вторичного происхождения, добавляют антиокислительные присадки. Содержание сернистых и ароматических соединений Активные сернистые соединения, содержащиеся в бензинах (сероводород, низшие меркаптаны) вызывают сильную коррозию топливные системы и транспортных емкостей; полнота очистки бензинов от этого веществ контролируется анализом на медной пластинке. Неактивные сернистые соединения (тиофены, тетрагидротиофены, сульфиды, дисульфиды, высшие меркаптаны) коррозии не вызывают, однако при их сгорании образуются оксиды серы (S02, S03), под действием которых: происходит быстрый коррозионный износ деталей двигателя, снижается мощность, ухудшается экологическая обстановка. Наибольшую опасность для людей представляют ароматические углеводороды, особенно бензол и полициклические ароматические углеводороды. Токсическое действие бензола объясняется возможностью его окисления в организме. Индекс испаряемости Индекс испаряемости (ИИ) бензина характеризует испаряемость бензина и его склонность к образованию паровых пробок при определенном сочетании давления насыщенных паров и объема испарившегося бензина при температуре 70° С. Индекс испаряемости рассчитывают по формуле ИИ = 10ДНП + 7К70, где ДНП —давление насыщенных паров. кПа; К70 — объем испарившегося бензина при температуре 70 0С, %. Авиационные бензины предназначены для применения в поршневых авиационных двигателях малых винтовых самолетов и вертолетов. В связи с предъявлением более жестких требований к авиационным бензинам, в их состав входят компоненты ограниченного числа технологических процессов: прямой перегонки нефти, каталитического риформинга, алкилирования, ароматизации, реже продукты изомеризации. Продукты вторичных процессов, содержащие олефиновые углеводороды, для получения авиационных бензинов не используются. К основным показателям качества авиационного бензина относятся: · достаточная детонационная стойкость на богатой и бедной топливно-воздушной смеси;, · оптимальный фракционный состав; · низкая температура кристаллизации; · небольшое содержание смолистых веществ, кислот и сернистых соединений; · высокие теплота сгорания и стабильность при хранении. Для авиационных двигателей требуется топливо с такими же и даже более высокими антидетонационными характеристиками, чем у чистого изооктана. Поэтому оценка антидетонационных свойств авиационных бензинов на богатых смесях проводится не только по октановому числу, но и по показателю сортности. Сортностью бензина называется число, показывающее в процентном отношении, какую мощность может развивать двигатель на испытуемом бензине по сравнению с изооктаном, сортность которого, как и октановое число, принята за 100. По содержанию серы требования различных стран для основных сортов дизельного топлива находились до 1996 г, в пределах 0,2— 0,3 % (мас). С 1996 г. европейские страны перешли на выпуск топлива с содержанием серы до 0,05 % (мас). В зарубежных стандартах также ограничивается содержание ароматических углеводородов, а в последнее время — содержание полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) как наиболее токсичных соединений. Качество дизельных топлив может быть существенно улучшено и за счет использования специальных присадок (антидымных, моющих. депрессорных, противоизносных и др.). Значительное распространение получили также депрессорные присадки, позволяющие существенно расширить выработку зимнего и арктического дизельного топлива. 3.2 Котельные, судовые, газотурбинные и печные топлива Топочные мазуты представляют собой одну из основных разновидностей тяжелого жидкого топлива, включающего также флотский мазут и мазут — топливо мартеновских печей (печное топливо). Котельные топлива применяют в стационарных паровых котлах, в промышленных печах. Тяжелые моторные и судовые топлива используют в судовых энергетических установках. Топочные мазуты, как и другие виды жидкого нефтяного топлива, получают на нефтеперерабатывающих заводах, либо в процессе прямой перегонки нефти, либо при высокотемпературной переработке ее промежуточных фракций (крекинг-процессе). По способу производства различают: · прямогонные мазуты; · крекинг-мазуты. Прямогонный мазутпредставляет собой смесь тяжелых нефтяных остатков прямой перегонки нефти с ее маловязкими фракциями. Подмешивание дистиллятов к тяжелому остатку необходимо для поддержания вязкости мазута в пределах требований стандарта. Крекинг-мазут представляет собой тяжелый высоковязкий остаток крекинг-процесса. К котельным топливам относят топочные мазуты марок 40 и 100 (в М-40 для снижения температуры застывания до 10 0С добавляют 8—15 % среднедистиллятных фракций, в М-100 дизельные фракции не добавляют), к тяжелым моторным топливам — флотские мазуты Ф-5 и Ф-12, моторные топлива ДТ и ДМ. К судовым топливам относят дистиллятное топливо ТМС по ТУ 38.101567-87 и остаточные топлива СВТ, СВЛ, СВС по ТУ 38.1011314-90. Флотский мазут марки Ф-5 получают смешением продуктов прямой перегонки нефти: 60—70 % прямогонного мазута и 30—40 '% дизельного топлива с добавлением депрессорной присадки. Допускается использование в его составе до 22 % керосиново-газойлевых фракций вторичных процессов, в том числе легкого газойля каталитического и термического крекинга. Требования, предъявляемые к качеству котельных, тяжелых моторных, судовых, газотурбинных и печных топлив, устанавливающие условия их применения, определяются такими показателями качества, как: · содержание воды; · механических примесей; · зольность; · содержание серы; · вязкость; · температуры застывания и вспышки; · теплота сгорания. Топочные мазуты подразделяются на три сорта в зависимости от содержания серы: малосернистые меньше 0,5 % (мас), сернистые от 0,5 до 2,0 % (мас.) и высокосернистые от 2,5 до 3,5 % (мас). Для мазутов, получаемых при переработке высокосернистых нефтей, допускается содержание серы не более 4,3 % (мас). 3.3 Битумы и технический углерод (ТУ) Нефтяные битумы представляют собой полутвердые и твердые продукты, состоящие из углерода и водорода, содержащие определенное количество кислород-, серо-, азотсодержащих соединений. Применение битума как одного из наиболее известных инженерно-строительных материалов основано на его адгезионных и гидрофобных свойствах. Различают три основных способа получения нефтяных битумов. 1) Концентрированием нефтяных остатков путем перегонки их в вакууме получают остаточные битумы. Для получения остаточных битумов может быть использовано только сырье с большим содержанием асфальто-смолистых веществ, которые в достаточном количестве присутствуют в тяжелых высокосмолистых сернистых нефтях. 2) Окислением кислородом воздуха различных нефтяных остатков и их композиций при температуре 180—300 °С (окисленные битумы). Окисление воздухом позволяет существенно увеличить содержание асфальто-смолистых веществ, наиболее желательного компонента в составе битумов. 3) Смешением различных окисленных и остаточных битумов, а также нефтяных остатков и дистиллятов между собой получают компаундированные битумы. Вязкие битумы, применяемые в дорожном покрытии, используются как вяжущее между каменными материалами. В зависимости от марки асфальта содержание битума в нем составляет 5,5—8 %. Долговечность дорожного покрытия во многом зависит от марки примененного битума и его качества. Технический углерод (сажа) — представляет собой полидисперсный порошок черного цвета, получаемый при неполном сгорании или при термическом разложении углеродсодержащих веществ, в интервале температур от 1200 до 1700°С. Основным элементом ТУ является углерод (95—99,5 %), кроме того, в ТУ содержатся водород (0,2—0,9 %), сера (0,01 — 1,2 %), кислород (0,1 — 5 %) и зола до 0,3 % в зависимости от состава сырья и технологии получения. Наиболее распространенным способом получения ТУ является печной (свыше 90 %), осуществляемый в реакторах в течение нескольких миллисекунд. Процесс заключается в испарении и горении углеводородного сырья и топлива, их термическом разложении и последующем взаимодействии частиц ТУ с газообразными продуктами реакций. Менее распространенным является термический способ, в котором происходит разложение углеводородов без доступа воздуха (окислителя). Выход ТУ в зависимости от сырья и технологии составляет до 70 % (мас.) на сырье. Сырьем для производства ТУ служат высокоароматизованные фракции переработки нефти и коксохимии, а также природные и попутные газы. Основным жидким сырьем являются газойли термического и каталитического крекинга, смолы пиролиза и ароматические экстракты, а также продукты переработки угля (антраценовая и хризеновая фракции, антраценовое масло и пековые дистилляты). Процесс удается существенно интенсифицировать, а свойства ТУ модифицировать использованием различных присадок и добавок. Основные показатели ТУ: · размер частиц (оцениваемых дисперсностью); · структурность; · химические свойства поверхности и др. Свойства ТУ в первую очередь определяются параметрами процесса и сырьевыми факторами. 3.4 Нефтяные масла и присадки Нефтяные масла представляют собой смеси высокомолекулярных парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов с небольшой примесью смолисто-асфальтеновых веществ. В соответствии с областями применения масла подразделяются на смазочные и специального назначения. Смазочные масла, применяемые практически во всех областях техники, в зависимости от назначения выполняют следующие функции: уменьшают коэффициент трения между трущимися поверхностями, снижают интенсивность изнашивания, защищают металлы от коррозии, охлаждают трущиеся детали, уплотняют зазоры между ними и удаляют продукты изнашивания. Специальные масла служат рабочими жидкостями в гидравлических передачах, электроизоляционной средой в трансформаторах, конденсаторах, кабелях, масляных выключателях, используются при приготовлении пластичных смазок, присадок и т. п. Обычно товарные масла получают путем добавления к базовым маслам композиции присадок. Присадки — это вещества, усиливающие положительные свойства базовых масел или придающие им необходимые новые свойства. Различают базовые масла трех типов: · минеральные, получаемые в процессах переработки нефти (наилучшим сырьем являются парафино-нафтеновые нефти); · синтетические, получаемые путем синтеза органических веществ; · частично синтетические, состоящие из смесей минеральных и синтетических. По способу выделения минеральные базовые масла подразделяют на: · дистиллятные, получаемые из масляных фракций, выделенных при вакуумной перегонке мазута. Традиционная схема производства предусматривает выделение трех фракций с пределами температур выкипания 350—400, 400—450 и 450—500 °С. Иногда для получения качественных масел выделяют четыре-пять масляных фракций с температурами выкипания 20—60 °С и наложением температур не более 20 °С; · компаундированные (смешанные), получаемые при смешении в определенных пропорциях дистиллятных и остаточных базовых данных. Масляные дистилляты и деасфальтизат содержат нежелательные компоненты, подлежащие удалению: полициклические ароматические углеводороды, асфальто-смолистые вещества, нефтяные кислоты, органические соединения, содержащие азот, серу, кислород и некоторые металлы. По способу очистки различают масла селективной, адсорбционной, кислотно-щелочной, кислотно-контактной и гидроочистки (или гидрокрекинга). Традиционная схема включает селективную очистку масляных дистиллятов и деасфальтизата с последующей низкотемпературной депарафинизацией рафинатов и гидродоочисткой или контактной очисткой глинами депарафинированных масел с получением компонентов базовых масел. К смазочным маслам относятся моторные, индустриальные, трансмиссионные и другие масла. Моторные масла предназначены для смазки двигателей внутреннего сгорания (ДВС) различных типов (карбюраторные, инжекторные, дизельные, турбореактивные). Индустриальные масла. Они подразделяются на масла общего и специального назначения. Индустриальные масла общего назначения служат для смазывания наиболее широко распространенных узлов и механизмов оборудования различных отраслей промышленности — текстильных машин, металлорежущих станков, редукторов и передач прокатного, кузнечного и прессового оборудования. Индустриальные масла специального назначения обычно содержат присадки и предназначены для использования в узких или специфических областях. Трансмиссионные масла предназначены для предотвращения или снижения износа элементов пар трения под действием высоких нагрузок, уменьшения вибрации и шума, защиты их от ударных нагрузок, удаления из зоны трения продуктов износа и отвода избыточного тепла. Они должны обладать наряду с высокой смазывающей способностью хорошими вязкостно-температурными свойствами. Присадки — это вещества, усиливающие положительные свойства базовых масел и придающие им необходимые новые свойства. Диспергирующие присадки повышают дисперсность попадающих в масло или образующихся в нем нерастворимых загрязнений и стабилизируют образующиеся суспензии. Их доля составляет около половины общего количества присадок в масле.. Детергенты, или моющие присадки, предотвращают образование нагара или лака на нагревающихся деталях. В первую очередь должна быть обеспечена чистота поршней, так как нарушение подвижности поршневых колец и их закоксовывание приводят к прорыву газов в картер, перегреву и задиру поршня; образование нагара на днище поршня ухудшает теплоотвод. Детергенты — это поверхностно-активные маслорастворимые мыла: сульфонаты, алкилфеноляты и алкилсалицилаты кальция, магния, бария и некоторых других металлов. Они адсорбируются на поверхностях раздела масла с твердыми частицами, а также на поверхностях смазываемых маслом деталей и препятствуют слипанию частиц; частицы приобретают электрический заряд и взаимно отталкиваются. Антиокислительные присадки уменьшают скорость окисления и накопления в масле продуктов окисления, из которых формируются углеродистые отложения на поршневых кольцах, юбке и днище поршня изнутри. Противоизносные присадки препятствуют изнашиванию поверхностей трения в двигателе. Присадки, работающие по принципу химического модифицирования, в качестве активных элементов содержат серу, фосфор (дитиофосфат цинка), галогены. проникновению коррозионно-агрессивных веществ через масляную пленку к металлу. Антикоррозионные присадки добавляют для защиты от коррозионного поражения и разрушения деталей, изготовленных из сплавов цветных металлов — вкладышей подшипников коленчатого вата, имеющих антифрикционный слой из свинцовистой бронзы, втулок верхней головки шатуна и т. п. Противопенные присадки уменьшают склонность масла к пенообразованию. Добавление к маслу дисперсантов, детергентов и других поверхностно-активных веществ снижает поверхностное натяжение; высокая кратность циркуляции масла в двигателях и перепады давления при его истечении также способствуют ценообразованию. Депрессорные присадки понижают температуру застывания масла. Удаление из масла высокоплавких парафинов ухудшает его вязкостно-температурные свойства, поэтому извлекают парафины с температурой застывания выше минус 10—15 °С, а требуемая температура застывания (минус 25—30 °С и ниже) достигается введением депрессоров. Вязкостные (загущающие) присадки — высокомолекулярные полимеры, имеющие переменную растворимость в масле при разной температуре, благодаря чему они повышают вязкость масла и уменьшают изменение вязкости при изменении температуры. В качестве присадок применяют полиизобутилены, полиметакрилаты, сополимеры стирола с диенами, сополимеры олефинов. |