Учебное пособие Казань 2018
 Скачать 0.99 Mb.
|
|
· содействуют накоплению пероксидов, НО способствуют развитию цепей окисления, a NO 2 и NО принимают участие в возникновении дополнительных центров высокотемпературного воспламенения. Низкотемпературные свойства. В отличие от бензинов в состав дизельных топлив входят высокомолекулярные парафиновые углеводороды 69 нормального строения, имеющие довольно высокие температуры плавления. При понижении температуры эти углеводороды выпадают из топлива в виде кристаллов различной формы и топливо мутнеет. Принято считать, что температура помутнения характеризует нижний температурный предел возможного применения дизельных топлив. При дальнейшем охлаждении помутневшего топлива кристаллы парафинов сращиваются между собой, образуют пространственную решетку и топливо теряет текучесть. Температура застывания – величина условная и используется для ориентировочного определения возможных условий применения топлива. Этот показатель принят для маркировки дизельных топлив на следующие три марки: летнее (t заст. менее –10°С), зимнее (t заст. менее –35–45°С) и арктическое (t заст. менее –55°С). Применимы для улучшения низкотемпературных свойств дизельных топлив следующие три способа: 1) адсорбционная (цеолитная) или карбамидная депарафинизация; 2) облегчение фракционного состава путем снижения температуры конца кипения топлива; 3) добавление к топливам депрессорных присадок, которые эффективно снижают их температуру застывания. В качестве депрессоров промышленное применение получили сополимеры этилена с винилацетатом. Поскольку они практически не влияют на температуру помутнения топлив, большинство исследователей считает, что депрессор, адсорбируясь на поверхности образующихся кристаллов парафинов, препятствует их агрегации с формированием объёмного каркаса. Коррозионная активностьхарактеризует способность топлива вызывать коррозию деталей двигателя, топливной аппаратуры, топливопроводов, резервуаров и т. д. Она зависит, как и у бензинов, от содержания в топливе коррозионно-агрессивных кислородных и сероорганических соединений: нафтеновых кислот, серы, сероводорода и меркаптанов. Коррозионная активность дизельных топлив оценивается содержанием: общей серы (менее 0.2 и 0.4–0.5 % масс. для I и II вида соответственно), меркаптановой серы (менее 70 0.01 % мас), сероводорода (отсутствие), водорастворимых кислот и щелочей (отсутствие), а также кислотностью (менее 5 мг/л ОН/460 мл) и испытанием на медной пластинке (выдерживает). Для борьбы с коррозионными износами деталей дизеля выпускают малосернистые топлива и добавляют к ним различные присадки (антикоррозионные, защитные, противоизносные и др.). 6. Нефтяные масла При работе частей механизмов между ними возникает трение. При этом происходит износ поверхности движущихся частей двигателей, станков, машин, и увеличиваются энергетические затраты на преодоление сухого трения. Чтобы предотвратить это применяются смазочные масла. При наличии масляной смазки сухое трение металлических поверхностей заменяется трением слоёв вязкой жидкости между собой. Сила сцепления между молекулами масла и материала смазываемой поверхности превышает силу взаимного сцепления молекул масла, вследствие чего на поверхности металла образуется прочный слой смазывающего материала. Наличие такого слоя исключает возможность сухого трения, а так как коэффициент трения между слоями жидкой смазки в несколько десятков раз ниже коэффициента сухого трения, то энергетические затраты на преодоление сил трения при использовании смазки значительно снижаются. По химическому составу нефтяные масла представляют собой смесь углеводородов молекулярной массой 300–750, содержащих в составе молекул 20–60 атомов углерода. Базовые масла состоят из групп изопарафиновых, нафтено-парафиновых, нафтено-ароматических и ароматических углеводородов различной степени цикличности, а также гетероорганических соединений, содержащих кислород, серу и азот. Именно элементорганические соединения (в основном кислородсодержащие) являются основой смол, содержащихся в базовых маслах. 71 По назначению масла делятся на смазочные и специальные. Различают следующие группы смазочных масел: • Моторные масла (для поршневых и реактивных двигателей). • Индустриальные масла ( для смазывания различного промышленного оборудования). • Трансмиссионные и гидравлические масла. • Энергетические масла. (а) турбинные масла, предназначенные для смазывания и охлаждения турбин; б) компрессорные масла, служащие для смазки и в качестве уплотнительной среды для герметизации камеры сжатия; в) электроизоляционные масла, обеспечивающие изоляцию токонесущих частей электрооборудования, служат теплоотводящей средой). Пластичные смазки применяют для смазки узлов трения в случаях, когда невозможно использовать масла из-за отсутствия герметизации или сложности пополнения смазываемого узла смазочным материалом. Смазки также используют для защиты металлических поверхностей от атмосферной коррозии, для уплотнения подвижных и неподвижных соединений. Основой служат нефтяные масла, хлор-, фтор- или кремнийорганические соединения, сложные эфиры или смеси этих соединений. Для улучшения вязкостных и адгезионных свойств, термоокислительной стабильности в смазки добавляют различные присадки. Вязкость смазочных масел. Вязкость является важнейшей эксплуатационной характеристикой масел. Она непосредственно связана с температурой кипения данной масляной фракции, её средней молекулярной массой, с групповым химическим составом и строением углеводородов. В масляных фракциях, полученных перегонкой из одной нефти, вязкость увеличивается с повышением температур начала и конца кипения фракции; одновременно возрастают плотность и молекулярная масса. Вязкость масляных фракций различных нефтей, выкипающих в одних и тех же пределах, или даже соответствующих фракций, полученных из одной нефти, но подвергавшихся 72 очистке различными методами, может оказаться неодинаковой. При удалении парафиновых углеводородов из масла вязкость его, соответственно, повышается. Различие в строении нормальных и изопарафиновых углеводородов сравнительно мало сказывается на величине вязкости. При разветвлении цепи вязкость парафиновых углеводородов несколько повышается при умеренных температурах (38–50°С) и снижается при более высокой температуре (100°С). Вязкость циклических углеводородов (нафтеновых, ароматических) значительно выше, чем парафиновых. Поэтому основное влияние на абсолютное значение вязкости оказывают циклические углеводороды и их алкилпроизводные. Вязкость нафтеновых и ароматических углеводородов одинаковой структуры различна. Важнейший качественный показатель нефтяных масел – их химическая стабильность по отношению к кислороду воздуха. В рабочих условиях масло находится под воздействием ряда факторов, резко ускоряющих процессы окисления, а именно: повышенной температуры, каталитического влияния различных металлов, контакта с воздухом, автокаталитического воздействия продуктов окисления. Даже лучшие нефтяные масла после тщательной комбинированной очистки не обладают достаточной химической и термической стабильностью в условиях работы двигателей. Поэтому большое значение придаётся различным присадкам, способным улучшать многие качественные показатели и эксплуатационные свойства масел. Смазывающая способность масла. Этим термином определяется способность масла создавать на металлической поверхности весьма прочный, но очень тонкий смазочный слой. Толщина этого слоя всего лишь 0.1–1.1 мкм, т.е. не превышает 50–500 молекулярных слоёв. Низкотемпературные свойства масел. Ко многим сортам смазочных масел предъявляются жёсткие требования по их прокачиваемости при низких температурах. Масла для холодильных машин, приборные, моторные и 73 некоторые другие должны по условиям эксплуатации не терять подвижности при температурах от -30 до -60°С. С целью улучшения низкотемпературных свойств нефтяных и синтетических масел к ним добавляются специальные присадки, понижающие температуру застывания (депрессоры). 7. Синтетические смазочные масла В связи с непрерывным ростом форсирования работы двигателей и повышением их теплонапряжённости нефтяные смазочные масла по некоторым своим показателям не удовлетворяют высоких требований современной техники. Эта проблема решается производством синтетических смазочных масел. Основными преимуществами синтетических масел перед нефтяными являются высокая термоокислительная стабильность, улучшенная смазывающая способность, меньшая испаряемость при работе в двигателях, более пологая вязкостно-температурная кривая, низкая температура застывания. Созданные после второй мировой войны синтетические смазочные масла получили наименование «масла первого поколения». Их основу составили диэфиры алифатических спиртов и дикарбоновых кислот. Для их получения исследовано большое число двухосновных кислот, но наиболее пригодными оказались кислоты с 4–10 атомами углерода: янтарная, азелаиновая, себациновая, адипиновая, а также смесь синтетических жирных кислот. Масла первого поколения работают при температуре до 175°С. Работы над маслами второго поколения были начаты в конце 50-х годов в связи с увеличением скоростей полётов в реактивной авиации. В таких условиях диэфирные масла уже не могли удовлетворить ужесточившихся требований. Поэтому в основу масел второго поколения были положены «неопентиловые эфиры» – продукты этерификации пентаэритрола, дипентаэритрола или триметилолпропана монокарбоновыми жирными кислотами С 5 –С 12 Такие эфиры обладают хорошими вязкостно- 74 температурными свойствами, имеют хорошую термоокислительную стабильность при 200°С, малую испаряемость и слабую коррозионную агрессивность. Синтетические смазочные масла третьего поколения работоспособны при 250–260°С. Испытаны почти все классы органических соединений, но лишь три из них перспективны для этого направления использования: углеводороды (диалкилароматические, поли-α-олефины, полиизобутилены), органические полигликолевые эфиры, гетероорганические соединения (галогензамещённые углеводороды, сложные эфиры фосфорной кислоты, силиконы). 75 Глоссарий. Термины и определения применяемые в литературе по нефтедобычи и нефтепереработке Базовый химический реагент – химический реагент с известными свойствами и стоимостью, используемый на объектах и применяемый для сравнения с испытуемыми химическими реагентами. Бактерицид – химический реагент, применяемый для подавления роста и развития сульфатвосстанавливающих и других бактерий. Входной контроль химического реагента – комплекс мероприятий, включающий комиссионную приемку химического реагента, экспертизу представленной документации, проверку условий транспортировки, отбор проб, проведение испытаний качества химического реагента, проверку условий хранения и использования, выдачу соответствующего заключения о пригодности химического реагента. Выходной контроль химического реагента – контроль качества готового к отпуску потребителям химического реагента со склада поставщика. Вязкость – свойство газов и жидкостей оказывать сопротивление необратимому перемещению одной их части относительно другой при сдвиге, растяжении и других видах деформации. Динамическая (абсолютная) вязкость µ – сила, действующая на единичную площадь плоской поверхности, которая перемещается с единичной скоростью относительно другой плоской поверхности, находящейся от первой на единичном расстоянии. Депрессор (депрессорная присадка) – реагент, в присутствии которого снижается вязкость и/или температура застывания нефти и нефтепродуктов. Деэмульгатор – химический реагент, способствующий разрушению водонефтяных эмульсий. 76 Ингибитор (диспергатор) АСПО – химический реагент, способствующий предотвращению образования асфальтеносмолопарафинистых отложений нефти. Ингибитор/растворитель гидратообразований – реагент, который при введении в среду предотвращает образование/растворяет гидратообразования на поверхностях технологического оборудования. Ингибитор коррозии – химический реагент, который при введении в коррозионную среду (в незначительном количестве) снижает скорость коррозии металла. Ингибитор солеотложений – химический реагент, способствующий предотвращению отложений минеральных солей в трубопроводах и нефтепромысловом оборудовании. Испытания химического реагента – техническая операция, заключающаяся в установлении одной или нескольких характеристик химического реагента, в соответствии с установленной процедурой. Кислотные составы – реагенты, применяемые для проведения кислотных обработок с целью удаления сформированных отложений и стимуляции добывающих и нагнетательных скважин в терригенных и карбонатных коллекторах. Комплексный ингибитор солеотложений и коррозии – химический реагент комплексного действия, обладающий свойствами ингибитора солеотложений и ингибитора коррозии. Кинематическая вязкость ν – отношение динамической вязкости µ к плотности жидкости ρ и своим происхождением обязана классическим методам измерения вязкости, таким как измерение времени вытекания заданного объёма через калиброванное отверстие под действием силы тяжести. Нейтрализаторы сероводорода – реагенты, предназначенные для нейтрализации сероводорода и легких меркаптанов в нефти. 77 Пеногаситель – реагент, предназначенный для снижения и предотвращения образования пены в процессах добычи, подготовки и транспорта нефти. Поглотитель кислорода – реагент, предназначенный для снижения содержания и удаления растворенного в воде кислорода. Противотурбулентная присадка – химический реагент, способствующий снижению гидродинамического сопротивления углеводородной жидкости и увеличению пропускной способности трубопроводов. Растворитель/диспергатор АСПО – химический реагент, способствующий растворению/диспергированию асфальтено-смоло- парафинистых отложений (АСПО) нефти. Слеживаемость соли – свойство соли образовывать фазовые контакты сцепления между зернами при определенных внешних условиях. Соли глушения – химические реагенты, чьи водные растворы применяют для технологических операций, связанных с глушением – технологическим процессом, в результате которого создается противодавление на пласт и прекращается добыча пластового флюида. Химический реагент – вещество или смесь веществ, добавляемые в водонефтегазовые смеси для воздействия на процессы, связанные с добычей, сбором, подготовкой и транспортом углеводородного сырья и воды. 78 Вопросы для обсуждения на семинаре 1. Химический состав нефти? 2. Физические свойства нефти? 3. Три основных гипотезы образования нефти на Земле. 4. Углеводородный состав нефти, его причины. 5. Стадии добычи нефти. 6. Методы повышения нефтеотдачи. 7. Роль ПАВ в нефтедобыче. 8. Применение кислотных и щелочных агентов в нефтедобыче. 9. Суть метода вытеснения. 10. Увеличение нефтеотдачи с использованием тепловых методов. 11. Роль деэмульгаторов в разрушении нефтяных эмульсий. 12. Первичная переработка нефти. 13. Принцип работы ректификационной колоны. 14. Типы термических процессов в нефтепереработке. 15. Зависимость устойчивости углеводородов от температуры. 16. Реакции термической деструкции. 17. Катализаторы, применяющиеся в крекинге. 18. Взаимодействует карбокатионов с углеводородами. 19. Превращение углеводородов в процессах каталитического крекинга. 20. Реакции дегидрирования в каталитическом риформинге. 21. Принцип действия катализаторов в риформинге. 22. Гидрокрекинг. Принцип работы катализаторов в гидрокрекинге. 23. Гидроочистка. Катализаторы гидроочистки. 24. Алкилирование. Катализаторы алкилирования углеводородов. 25. Детонационная стойкость, параметры, от которых она зависит. 26. Антидетонационные присадки моторных топлив. 27. Принципиальное различие между бензином и дизельным топливом. 28. Способы увеличения цетанового числа дизельного топлива. 29. Нефтяные и синтетические смазочные масла. 79 Литература 1. Meyers Robert A. (ed.) Handbook of petroleum refining processes. 3-rd edition. McGraw-Hill Professional. – 2003. – 847 p 2. Antos George J., Aitani Abdullah M. Catalytic Naphtha Reforming. 2nd ed., rev&expanded. – Marcel Dekker, Inc. – 2004. – 602 p. 3. Магеррамов А.М., Ахмедова Р.А., Ахмедова Н.Ф. Нефтехимия и нефтепереработка. Учебник для высших учебных заведений. Баку: Издательство «Бакы Университети» . – 2009. – 660 с. 4. Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых место Ю рождений : учеб.-метод. пособие / И.Р. Юшков, Г.П. Хижняк, П.Ю. Илюшин. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2013. – 177 с. 5. Калинина, Т. А., Химия неыти и газа: учеб. метод. комплекс. – Кемерово: Дальневост. гос. техн. ун-т. 2018. – 200 с. 6. Журавлев, В. А., Котельникова Т. С. Химия и технология органических веществ: учеб. пособие. – Кемерово: Кузбас. гос. техн. ун-т. 2011. – 215 с. 7. Дьячкова Т.П., Орехов В.С., Субочева М.Ю., Воякина Н.В. Химическая технология органических веществ : учеб. пособие. – Тамбов: Изд- во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007. – 172 с. 8. Геология и геохимия нефти и газа / Под ред. Б. А. Соколова. 3-е изд. М., 2012; Государственный доклад о состоянии и использовании минерально- сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2012 / Гл. ред. Д. Г. Храмов. М., 2013. 9. ГОСТ Р 51105–97 Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Технические условия. – М., 1998. 2. 10. ГОСТ Р 51313–99 Бензины автомобильные. Общие технические требования. – М., 1999. 11. ГОСТ 511-82 Топливо для двигателей. Моторный метод определения октанового числа (с Изменением N 1) . – М., 1982. |