1.1. Авиационные горюче-смазочные материалы. Учебнометодический комплекс модуль Авиационные горючесмазочные материалы Авиационные топлива Основное сырье для получения авиатоплив (АТ) нефть
 Скачать 1.25 Mb.
|
|
Противоводокристаллизационные (ПВК) присадки. В качестве таких присадок применяют этилцеллозольв (жидкость «И») и его смесь с метанолом (жидкость «И-М»). Действие присадок обусловлено повышением растворимости воды за счет образования водородной связи между молекулами присадки и воды. До тех пор, пока содержание воды в топливе не превышает ее растворимости в этом топливе при данной температуре, вода в присутствии присадки находится в молекулярном несвязанном состоянии. Избыточная, выделяющаяся из топлива при данных условиях вода в свободном состоянии ассоциируется присадкой. При этом ассоциат включает как минимум четыре молекулы воды. При высоком содержании свободной воды и недостаточной концентрации присадки часть воды может выделяться в виде капель вместе с присадкой в соотношении, соответствующем коэффициенту распределения между топливом и присадкой. В результате капли воды кристаллизуются при более низких отрицательных температурах, чем в отсутствии ПВК-присадки, что и в этом случае предотвращает образование кристаллов льда. В авиации ПВК-присадки «И-М» вводят в топливо при заправке самолета. Отравление противоводокристаллизационными присадками проявляется в виде головной боли, рвоты, слабости, опьянения, потери сознания. Биоцидные присадки. Применяют за рубежом в районах с тропическим и субтропическим климатом для подавления жизнедеятельности микроорганиз- мов. Биоцидные присадки стерилизуют водную фазу в топливе, наличие которой обусловливает развитие микроорганизмов. В качестве биоцидных присадок применяются присадки Biobor и Kathon ЕР. Биоцидным действием обладает также метилцеллозольв, представляющий собой компонент противоводокристаллизационной присадки. Авиационные масла. Смазки Назначение, классификация смазочных материалов Основное назначение смазки любого механизма – уменьшение износа трущихся деталей и снижение мощности, затрачиваемой на трение. Кроме того, смазочные материалы выполняют такие важные функции, как: - отвод тепла, вызванного внутренним (из-за трения) и внешним нагревом деталей машин; - предохранение деталей от коррозии; - вынос продуктов изнашивания из пространства между трущимися поверхностями. В зависимости от агрегатного состояния смазочные материалы подразделяются на твердые, пластичные (консистентные) и жидкие. К твердым смазкам относят графит, дисульфид молибдена МоS 2 , слюда, тальк и др. Эти смазки находят как самостоятельное применение, так и в качестве присадок к маслам и пластичным смазкам. Консистентные или пластичные смазки в обычных условиях (при комнатной температуре и в отсутствие внешних механических воздействий) ведут себя как твердые вещества: сохраняют форму, удерживаются на вертикальных поверхностях, не вытекают из узлов трения. В то же время под воздействием нагрузок, превышающих предел их прочности, смазки начинают течь, выполняя заданные смазочные функции. При снятии нагрузок, смазки вновь становятся пластичными. Жидкие масла – наиболее распространенный класс смазочных материалов, используемых в самих разнообразных узлах трения. В зависимости от назначения смазочные материалы подразделяются на: - моторные масла, предназначенные для смазки поршневых двигателей; - масла для смазки газотурбинных, турбовинтовых и турбореактивных двигателей; - турбинные масла - для смазки и охлаждения подшипников турбо агрегатов (гидротурбин, турбонасосных агрегатов и т.п.); - компрессорные масла – для смазки и уплотнения деталей поршневых компрессоров; - трансмиссионные масла – для смазки зубчатых передач трансмиссий различного назначения; - гидравлические масла, представляющие собой несжимаемые рабочие жидкости и служащие для передачи энергии в гидросистемах и смазки узлов трения; - консервационные масла – для защиты от коррозии трущихся деталей при длительном хранении; - уплотнительные масла и смазки – для герметизации узлов трения. По роду исходного сырья смазочные материалы (масла) подразделяются на: минеральные (нефтяные); растительные; животные; синтетические. Основные сведения о производстве и свойствах минеральных (нефтяных) и синтетических масел Основным сырьём для производства минеральных масел служат мазуты - остатки от прямой перегонки нефти. Производители масел разрабатывают схемы и рецептуры их производства, включающие следующие процессы: - производство базовых масел из нефтяного сырья или синтетические основы; - производство функциональных присадок, обеспечивающих основные требования по эксплуатации масел и создание оптимальных пакетов присадок, обладающих наилучшими характеристиками при их смешении со специально подобранными базовыми маслами; - производство по смешению (блендингу) базовых масел с пакетами присадок, предназначенных для выпуска основного ассортимента товарной продукции, соответствующей требованиям нормативных документов (ГОСТов, ТУ, спецификаций) и допущенных к применению в конкретных типах двигателей, агрегатов и приборов. - Получение основ нефтяных масел Базовые масла обычных технологий получают из одного или смеси нескольких минеральных компонентов (дистиллятных, остаточных), прошедших обработку по классической схеме: селективная очистка или экстракция растворителями – депарафинизация растворителями – очистка адсорбентами. Использование обычных технологий позволяет получить базовые масла со свойствами, достаточными для производства на их основе моторных масел начального уровня качества. В зависимости от химического состава используемой в качестве сырья нефти различают два типа базовых масел обычных технологий – парафиновые и нафтеновые. Исходным сырьем для получения базовых масел служат мазуты (остатки от прямой перегонки нефти). Основным способом переработки мазута по масляной схеме является фракционная перегонка. При этом из более легкокипящих фракций мазута получают дистиллятные базовые масла (БМ). После отгона из мазута масляных дистиллятов в остатке получают гудрон или при менее глубоком отборе - полугудрон. Гудроны и полугудроны используют для получения высоковязких, так называемых остаточных БМ. Мазуты выкипают в широком интервале температур, причем температура кипения при атмосферном давлении большинства масляных фракций лежит выше температуры их разложения (крекинга). Поэтому фракционную перегонку мазута проводят при пониженном давлении в присутствии водяного пара. На рис. 4.1 показана схема вакуумной установки. Мазут сырьевым насосом прокачивается через теплообменники 9 и 11, нагревается в них за счет тепла отходящих дистиллятов и гудрона и затем прокачивается через трубчатую печь 4, откуда с температурой 420°С попадает в ректификационную колонну 3. Колонна представляет собой высокий стальной цилиндр с теплоизоляцией, который изнутри оборудован специальными горизонтальными перегородками (так называемыми тарелками) с отверстиями, а иногда особой конструкции колпачками, обеспечивающими многократный контакт жидкости и пара. Схема работы ректификационной тарельчатой колонны была приведена на рис. 2.1 в разделе 2.1. За счет этих многократных контактов обеспечивается оптимальное фракционирование смеси, позволяющее выделить из нее на определенных уровнях по высоте колонны узкие фракции нефтепродуктов с заранее известными свойствами. Здесь мазут разделяется на отдельные фракции, масляные дистилляты с различной вязкостью. Рис. 4.1. Схема вакуумной установки: 1-эжектор; 2- барометрический конденсатор; 3 – ректификационная колонна; 4 – печь; 5 – вентилятор; 6 – дымовая труба; 7 – подогреватель воздуха; 8 – сырьевой насос; 9 – дистиллятные теплообменники; 10 – холодильник; 11 – мазутные теплообменники; 12 – насос; 13 – колодец С низа колонны отбирают полугудрон и гудрон. В вакуумных трубчатых установках мазут нагревается без разложения до 425°С. Это достигается за счет непродолжительного пребывания мазута в трубчатых печах и вакуума 250-350 мм рт.ст. С повышением температуры нагревания и испарения мазута (в условиях, исключающих возможность его разложения) увеличивается глубина отбора из него масляных дистиллятов, особенно за счет вязких углеводородов. Полученные путем перегонки мазута масляные дистилляты и остатки состоят из смеси углеводородов различных классов и содержат сернистые соединения. К их числу относятся асфальто-смолистые вещества, нафтеновые кислоты, ароматические углеводороды и др. Масляные дистилляты и остатки являются полупродуктами для получения товарных БМ. Чтобы получить готовые масла, необходимо освободить их от вредных примесей. Наиболее простым способом очистки масляных дистиллятов является выщелачивание, т.е. обработка растворами щелочей для удаления кислых соединений. Лучшие результаты дает кислотно-щелочная очистка, которая заключается в обработке масляного полупродукта концентрированной серной кислотой (96- 98%), а затем щелочью. При этом происходит отделение асфальто-смолистых веществ, части нафтеновых кислот и тяжелых полиароматических углеводородов, склонных к сульфированию, которые при высокой температуре вступают в реакцию с серной кислотой и удаляются из масла. Затем эти полупродукты обрабатываются натриевой щелочью, которая нейтрализует органические кислоты и остатки серной кислоты. Для удаления остатка щелочи и солей часто используют сушку масла горячим воздухом. Кислотно-щелочным способом многие годы проводилась очистка дистиллятных масел. Наряду с кислотной очисткой при получении вязких остаточных БМ широко использовалась очистка с применением мелкоразмолотой белой глины. При контакте с горячим маслом глина адсорбирует на своей поверхности асфальто-смолистые вещества, остатки серной кислоты и кислого гудрона. После этого глину отделяют с помощью фильтров. Очистка масла с обработкой серной кислотой и отбеливающей глиной путем контактного фильтрования носит название кислотно-контактной очистки. Однако сегодня, по соображениям экологической безопасности, от этого способа очистки БМ практически полностью отказались. При переработке мазутов, содержащих значительное количество полициклических ароматических углеводородов с большим количеством бензольных колец и короткими алифатическими цепями в молекулах, легко окисляющихся и ухудшающих вязкостно-температурные характеристики товарных масел, описанные выше способы очистки оказываются недостаточными. Поэтому с ростом потребления БМ и необходимостью перерабатывать мазуты не только отборных масляных нефтей, ресурсы которых в последнее время исчерпались, но и менее качественных. Получила распространение селективная очистка, т.е. очистка с применением селективных (избирательных) растворителей. Этот метод очистки основан на подборе растворителей, обладающих при определенной температуре и соотношении количества растворителя и очищаемого масла разной растворяющей способностью к нежелательным и полезным компонентам БМ. При отстаивании смеси БМ с растворителем она расслаивается на рафинатный слой, состоящий из масла, из которого удалены нежелательные компоненты (рафинат), и экстрактного слоя, представляющего собой раствор удаленных из масла компонентов (экстракта) в растворителе. После селективной очистки, а иногда также и перед ней производят дополнительную контактную очистку масла. В качестве селективных растворителей долгие годы использовали фурфурол, фенол, нитробензол. Фурфурол (С 5 Н 4 О 2 ) – бесцветная жидкость с приятным запахом хлеба; ядовит; плотность при 25°С – 1,155 г/см 3 , температура кипения 161,7°С. Он обладает хорошей селективностью, но ограниченной растворяющей способностью, вследствие чего его применяют в относительно большом количестве (до 150 – 400%) к очищаемому маслу. Фенол (С 6 Н 5 ОН) - бесцветное кристаллическое вещество, с температурой плавления 40,9°С и температурой кипения 181,75°С. Плотность фенола при 41°С – 1,05 г/см 3 . Фенол имеет характерный запах, обладает несколько меньшей селективностью, чем фурфурол, но хорошей растворяющей способностью. При фенольной очистке значительно (на 30-50%) снижается содержание серы в масле. Нитробензол - С 6 Н 5 NO 2 имеет следующую структурную формулу NO 2 Нитробензол принадлежит к числу эффективных селективных растворителей. Отличается высокой токсичностью. Температура кипения 211°С, температура плавления 5,76°С, плотность при 15°С - 1,2 г/см 3 Для получения высококачественных вязких светлых остаточных масел применяют селективную очистку парными растворителями, из которых один селективно растворяет компоненты, подлежащие удалению, а другой - полезные компоненты масла. Таким способом обеспечивается очень четкая хорошая очистка. В качестве растворителей при этом применяют технический крезол, представляющий смесь о-крезола с п-крезолом Используется, в частности, смесь крезолов с 30-50% фенола и технического пропана (С 3 Н 8 ). Процесс проводят при повышенном давлении (до 2,0 мПа). Рафинат дочищают отбеливающей глиной. В последние годы получил широкое распространение новый процесс селективной очистки БМ с применением в качестве селективного реагента N- метилпирролидон. Он обладает большой растворяющей способностью к ароматическим углеводородам, но недостаточно селективен. При смешении его с другими специально подобранными растворителями, имеющими близкую температуру кипения, можно получить смесь, обладающую, наряду с хорошей растворяющей способностью, высокой селективностью. В качестве второго такого растворителя в промышленности используют этиленгликоль. N-метилпирролидон: температура плавления -24°С, температура кипения 202°С; плотность при 20°С 0,8089 г/см 3 , смешивается с водой и органическими растворителями. Основным преимуществом его применения в качестве селективного растворителя – малая токсичность и отсутствие экологически вредных побочных продуктов процесса. В настоящее время все новые технологические установки получения БМ строятся и эксплуатируются преимущественно с применением последнего в качестве селективного растворителя. При производстве БМ из минерального сырья по новейшим технологиям применяют метод гидроочистки Процессы гидропереработки могут заменить частично или полностью классические методы обработки нефтяного сырья. Минеральные компоненты, получаемые при использовании этих процессов, называются гидропроцессингами. Качество гидропроцессинговых БМ зависит от совершенства и глубины процессов нефтепереработки. На этом основании следует различать гидроочищенные и гидрокрекинговые БМ. Гидроочистка - каталитический метод очистки вакуумного газойля. Процесс гидроочистки применяют при облагораживании компонентов смазочных масел типа VHVI базовых масел с повышенным индексом вязкости (базовые масла второй группы) и парафинов с целью снижения содержания серы. Гидроочистка проводится при температуре 380-420°С и давлении водорода 2,5– 4,0 мПа в присутствии алюмокобальт-молибденовых (АКМ) или алюмоникельмолибденовых (АНМ) катализаторов. При этом гидрируются непредельные соединения в предельные, а соединения, содержащие кислород и серу, - в воду и сероводород. В этом процессе при использовании специальных катализаторов достигается высокая степень гидрирования ароматических соединений и изомеризация н-парафинов в изопарафины. Каталитический гидрокрекинг и последующая гидроизомеризация являются наиболее сложными гидрогенизационными процессами, позволяющими получить гидрокрекинговые БМ, приближающиеся по своим свойствам к синтетическим. По этой причине некоторые производители называют такие масла гидросинтетическими. Химический состав минеральных масел В масляных дистиллятах содержатся парафиновые углеводороды нормального и изостроения (C n H 2n+2 ), нафтеновые углеводороды, содержащие пяти- и шестичленные циклы с парафиновыми боковыми цепями разной длины, ароматические углеводороды (поли- и моно-циклические), а также нафтеноароматические (с парафиновыми боковыми цепями), смолисто- асфальтеновые вещества, серу-, азот- и кислородсодержащие органические соединения. По сравнению с другими углеводородами парафиновые углеводороды имеют наименьшую вязкость, наиболее пологую вязкостно- температурную характеристику и наибольший индекс вязкости. Нафтеновые и изопарафиновые углеводороды являются основой нефтяных масел и их содержание, в зависимости от характера нефти и температурных пределов выкипания нефтяных масляных фракций, составляет от 50% до75% массы масла. От структурных особенностей нафтеновых углеводородов зависят их физико-химические свойства и ряд эксплуатационных свойств: так, чем больше колец в молекуле, тем выше их температура кипения; чем больше атомов углерода в боковых цепях, тем выше вязкость и индекс вязкости. При одном и том же числе атомов углерода в боковой цепи, с увеличением степени разветвлённости цепи, температура застывания масла понижается. От содержания СН-групп в боковых цепях и их положения зависит стабильность нафтеновых углеводородов против окисления молекулярным кислородом. Ароматические и нафтеноароматические углеводороды присутствуют в легких масляных фракциях (350-400 0 С) в виде гомологов бензола и нафталина, в более тяжелых фракциях (400-450 0 С) содержатся моно-, би- и даже трициклические ароматические соединения. Сероорганические соединения. В высококипящих фракциях нефти, идущих на производство масел, скапливается 60-70% сероорганических соединений от содержащихся в исходной нефти. Сероорганические соединения тяжелых фракций нефти принадлежат в основном к сульфидам, в том числе к производным тиофенам, сконденсированным с ароматическим или нафтеновым циклами. В процессе производства значительная часть сероорганических соединений извлекается, однако некоторое количество их присутствует в маслах, изготовленных из малосернистых нефтей (0,16%). В маслах из сернистых нефтей этих соединений содержится в 10 - 15 раз больше и составляет 0,5 - 1,5%, что при учёте молекулярной массы масел соответствует 10 – 15% сероорганических соединений. Таким образом, в маслах, получаемых из сернистых нефтей, производные серы, наряду с парафинонафтеновыми и нафтеноароматическими соединениями, являются основными компонентами. В зависимости от состава серосодержащие соединения больше или меньше влияют на противоизносные, противозадирные свойства и на стабильность при окислении, в связи с чем, присутствие этих соединений является положительным. Основное количество серосодержащих соединений содержится в присадках, входящих в промышленно производящиеся пакеты, широко используемые при производстве товарных масел. С другой стороны, с |