Содержание
стр.
Реферат 3
Введение 4
1. Основы первичной переработки сибирских нефтей. Аналитический обзор 5
1.1. Характеристика сырья 5
1.2. Нефтепродукты 9
1.2.1. Карбюраторное топливо 9
1.2.2. Дизельное топливо 16
1.2.3. Смазочные и специальные масла. 20
1.2.4. Консистентные смазки 22
1.2.5. Парафины и церезины 22
1.2.6. Битумы 22
1.2.7. Сажа 23
1.2.8. Нефтяной кокс 23
1.2.9. Нефтяные кислоты и их соли 23
1.2.10. Присадки к топливам и маслам 24
1.3. Первичная перегонка нефти 24
1.3.1. Назначение первичной перегонки 24
1.3.2. Дистилляция 24
1.3.3. Ректификация 25
1.3.4. Перегонка нефти до мазута и гудрона 27
1.3.5. Ассортимент продуктов атмосферных и атмосферно-вакуумных процессов 27
1.4. Технологические схемы установок первичной перегонки нефти 28
1.4.1. Типы установок 28
1.4.2. Схемы установок 31
1.5. Очистка светлых дистиллятов 34
1.5.1. Щелочная очистка 35
1.5.2. Осушка светлых нефтепродуктов 36
1.6. Производство нефтяных битумов 37
1.6.1. Способы получения битумов 38
1.6.2. Технология окисления битумов 39
1.6.3. Аппаратура 41
1.6.4. Контроль и автоматизация процесса 42
1.6.5. Техника безопасности 42
1.6.6. Транспортировка битумов 42
1.7. Основная аппаратура установок первичной перегонки нефти 42
1.7.1. Теплообменная аппаратура 43
1.7.2. Трубчатые печи 45
1.7.3. Ректификационные колонны 48
1.8. Меры борьбы с коррозией 53
1.9. Основы эксплуатации перегонных установок 55
1.9.1. Пуск установки 55
1.9.2. Остановка установки 56
1.9.3. Контроль и регулирование работы установок 56
1.9.4. Лабораторный контроль качества сырья и продукции 58
1.9.5. Организация и учет работы установки 59
1.9.6. Предупреждение и ликвидация аварии 59
2. Основные производства цеха первичной переработки нефти ОАО Сургутнефтегаз 60
2.1. Краткое описание процессов цеха первичной переработки нефти 60
2.1.1. Обезвоживание и обессоливание нефти 60
2.1.2. Атмосферная и вакуумная перегонка нефти. 61
2.1.3. Окисление гудрона получение битума. 61
2.2. Описание технологической схемы установки первичной переработки нефти и получения битума 62
2.2.1. Назначение установки 62
2.2.2. Описание технологической схемы 63
2.2.3. Пуск установки 69
2.2.4. Возможные неполадки, устранение и их причины 76
2.2.5. Аварийная остановка установки 80
2.2.6. Контроль технологического процесса, система сигнализации и блокировки 81
2.3. Узкие места производства и рекомендации 83
2.4. Выводы 84
3. Материальный баланс 84
4. Расчетная часть 86
4.1. Выбор типа технологической печи 86
4.2. Исходные данные для расчета 90
4.3. Расчет процесса горения 91
4.4. КПД печи и расход топлива 94
4.5. Камера радиации и поверхность теплообмена 96
4.6. Проверка скорости сырья 99
4.7. Расчет лучистого теплообмена в топке 100
4.8. Конвекционная камера 106
4.9. Гидравлический расчет змеевика печи 109
4.10. Расчет потерь напора в газовом тракте печи 114
5. Технико-экономическое обоснование проекта 121
5.1. Производственная программа 121
5.2. Расчет затрат на реконструкцию 121
5.3. Определение себестоимости 122
5.4. Заключение 126
6. Автоматизация производства 126
7. Охрана труда и безопасность жизнедеятельности на производстве Ошибка! Закладка не определена.
7.1. Введение 127
7.2. Характеристика условий труда. 127
7.3. Спецодежда и предохранительные приспособления. 130
7.4. Защита от шума и вибрации 130
7.5. Электробезопасность и защита от статического электричества 130
7.6. Пожарная безопасность 131
7.7. Чрезвычайные ситуации. 132
7.8. Выводы Ошибка! Закладка не определена.
8. Экологичность проекта. Ошибка! Закладка не определена.
8.1. Твердые и жидкие отходы производства Ошибка! Закладка не определена.
8.2. Выбросы в атмосферу 133
8.3. Выводы. 135
Заключение 136
Список сокращений 137
Список использованных источников 137
Реферат
Проект реконструкции цеха первичной переработки нефти и получения битума на ОАО Сургутнефтегаз.
Стр. 139, Рис. 46, Табл. 35, Черт. 4
Реконструкция, нефть, бензин, соляр, керосин, биткм, технлоогическая схема, трубчатая печь, теплообмен, ректификация, автоматизация, экономический эффект.
Обоснована реконструкция цеха, в связи с необходимостью замены трубчатых печей П-1 и П-3 на одну более производительную.
Выполнены расчеты:
материальных потоков;
тепловых и материальных балансов;
расчет трубчатой печи;
потбор измерительных приборов и схем автоматизации;
эколго-экономического эффекта.
Приведены рекомендации, для дальнейшей стабильной работы установки.
Введение
Один чудак из партии геологов
Сказал мне, вылив грязь из сапога:
"Послал же бог на голову нам олухов!
Откуда нефть когда кругом тайгаИ деньга вам отпущены - на тыщи те
Построить детский сад на берегу:
Вы ничего в Тюмени не отыщите
В болото вы вгоняете деньгу"
В. Высоцкий
Значение нефти и газа для энергетики, транспорта, обороны страны, для разнообразных отраслей промышленности и для удовлетворения бытовых нужд населения в наш век исключительно велико. Нефть и газ играют решающую роль в развитии экономики любой страны. Природный газочень удобное для транспортировки по трубопроводам и сжигания, дешевое энергетическое и бытовое топливо. Из нефти вырабатываются все виды жидкого топлива: бензины, керосины, реактивные и дизельные сорта горючего для двигателей внутреннего сгорания, мазуты для газовых турбин и котельных установок. Из более высококипящих фракций нефти вырабатывается огромный ассортимент смазочных и специальных масел и консистентных смазок. Из нефти вырабатываются также парафин, сажа для резиновой промышленности, нефтяной кокс, многочисленные марки битумов для дорожного строительства и многие другие товарные продукты.
Вторичная переработка нефтяного и газового сырья получила ныне название нефтехимического синтеза. Уже в настоящее время 25% мировой химической продукции выпускается на основе нефти и углеводородных газов. Ближайшие перспективы развития нефтехимической промышленности исключительно благоприятны как по масштабам производства, так и по безграничному разнообразию промежуточных и конечных продуктов синтеза.
К нефтехимической продукции относятся: пластические массы, синтетические каучуки и смолы, синтетические волокна, синтетические моющие средства и поверхностно-активные вещества, некоторые химические удобрения, присадки к топливам и маслам, синтетические смазочные масла, белково-витаминные концентраты, многочисленные индивидуальные органические вещества: спирты, кислоты, альдегиды, кетоны, хлорпроизводные эфиры, гликоли, полигликоли, глицерин и другие, применяющиеся в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и в быту.
Все вышесказанное в полной мере относится к проблемам переработки нефти в северных районах России. Одним из нефтеперерабатывающих районов является сургутский нефтеносный район, представляющий из себя крупное подземное поднятие со сводами и впадинами, окружающих его. Около 30 000 квадратных километров приходится на Сургутский свод. На сегодняшний день там разрабатывается более десятка месторождений: Карьунское , Быстринское,
Лянторское, Федеровское, Камарьинское, Солкинское, Западно-Солкинское, Вачемское и другие.
Цех (установка) первичной переработки нефти и получения битума (ЦППНиПБ) [1] был заложен в 1981 году в 40 километрах северо-западнее от г. Сургута и предназначался для получения дорожного битума. В 1987 году установка претерпела реконструкцию, так как по выполненному проекту (ВНИПИНефтепромхим г. Казань) на установке были установлены ректификационные колонны: для атмосферной перегонки с 19-ю тарелками (диаметр 1,0 м) и вакуумной перегонки с 15-ю тарелками (диаметр 1,0 м), что не обеспечивало получения продуктов заданного качества.
В 1991 г. БашНИИ НП была произведена реконструкция цеха по увеличению производительности до 118,8 тыс.т/год нефти (на 18,2% выше проектной), производства битума 38,0 тыс.т/год (на 12,7% выше проектной), отбора суммы светлых нефтепродуктов 34% на нефть (33% по проекту) и улучшению их качества.
В 1988 г. НИИГипровостокнефть была произведена реконструкция цеха по режиму работы, что позволило получать на установке дизельное топливо (зимнее и летнее), бензиновую фракцию (для промывки нефтяных скважин), а также повысить качество всех получаемых продуктов.
Сегодня комплексная установка первичной переработки нефти и производства битумов (ЦППНиПБ) предназначена для выработки дорожных битумов из нефти Лянторского месторождения и в небольших количествах битумов строительных марок. Также попутно получают летнее и зимнее дизельное топливо, бензиновую фракцию, которую используют для промывки нефтяных скважин.
В состав установки входят:
1. Блок подготовки нефти к переработке для глубокого обессоливания и обезвоживания нефти.
2. Блок атмосферно-вакуумной перегонки нефти.
3. Блоки получения окисленных битумов в реакторах непрерывного действия колонного типа и периодического действия в реакторах бескомпрессорного окисления.
4. Емкости для приема и хранения битумов, дизельного топлива, бензиновой фракции, газойлей.
5. Наливная эстакада для отгрузки готовой продукции в автоцистерны.
6. Технологическая воздушная компрессорная.
7. Компрессорная воздуха КИП.
8. Система оборотного водоснабжения включающая в себя градирню и насосы для циркуляции охлаждающей воды.
Целью данного проекта является реконструкция цеха первичной переработки нефти и получения битума.
1. Основы первичной переработки сибирских нефтей. Аналитический обзор
1.1. Характеристика сырья
Нефти различных месторождений и даже в пределах одного месторождения могут значительно отличаться друг от друга по химическому и фракционному составу, а также по содержанию серы, парафина и смол. В разное время предлагались различные химические, генетические, промышленные и товарные классификации нефтей. В настоящее время действует технологическая классификация нефтей СССР (ГОСТ 91266). Согласно этой классификации все нефти оцениваются по следующим показателям:
содержание серы в нефтях и нефтепродуктах;
потенциальное содержание фракций, перегоняющихся до 350 С;
потенциальное содержание и качество базовых масел;
содержание парафина и возможность получения реактивных, дизельных зимних или летних топлив и дистиллятных базовых масел с депарафинизацией или без нее.
Сырьем установки является сырая нефть которая должна соответствовать требованиям ГОСТ 9965-76 и иметь следующие физико-химические показатели (табл. 1)
Физико-химические показатели нефти. Таблица 1
п/пНаименование показателяНорма для группСырьеIIIIIIприходобработанное1.Концентрация хлористых солей, мг/дм3 не более10030090039.35.32.Массовая доля воды, % не более0.51.01.00.12отс.3.Массовая доля механических примесей, % не более0.050.050.050.0484.Давление насыщенных паров, кПа (мм.рт.ст.) не более66.7
(500)66.7
(500)66.7
(500)
Классификация нефтей на классы и типы. Таблица 2
п/пПоказателиНормаСырье1.Массовая доля общей серы, % 1 малосернистыедо 0.60 2 сернистые0.61 1.800.99 3 высокосернистые более 1.802.Плотность при 20С, кг/см3 1 легкие до 850 2 средние 851 885880 3 тяжелые более 885
В зависимости от массовой доли серы-нефти, от плотности при 20С подразделяют на классы и типы, которые приведены в таб.2.
По содержанию фракций до 350 С нефти делятся на три типа (Лянторской 44,7%):
Т1не менее 45%;
Т23044,9%;
Т3 менее 30%.
По потенциальному содержанию базовых масел все нефти делятся на четыре группы (Лянторской 21%):
М1не менее 25% в расчете на нефть;
М2 1525% в расчете на нефть и не менее 45% в расчете на мазут;
М31525% в расчете на нефть и 3045% в расчете на мазут;
М4менее 15% в расчете на нефть.
Кроме того, все нефти делятся по качеству базовых масел, оцениваемому индексом вязкости, еще на две подгруппы (Лянторской 79):
И1 индекс вязкости выше 85;
И2 индекс вязкости 4085.
По содержанию парафина нефти делятся на три вида (Лянторской 2,4%):
П1мало парафиновые (не выше 1,5%);
П2парафиновые (1,516,0%);
П3высоко парафиновые (более 6%).
Кроме того, указывается для каждого вида, какие продукты можно получать без депарафинизации или с применением депарафинизации. Так, из нефти, отнесенной к виду П1 можно получать реактивное топливо, дизельное зимнее топливо и дистиллятные базовые масла без депарафинизации.
Краткая характеристика некоторых нефтей СССР. Таблица 3
МесторождениеСодержание, вес. %Коксуемость
вес. %
Выход фракций
бъемн.,
%серысмоласфальтеновпарафиновдо
200 Сдо
300 СДО
350 СБиби-Эйбатское (Баку)0,18180,51,721,447,7Ново-грозненское0,204,50,99,021,938,9Яринское (Пермская область)0,546,17Отсутствие5,51,2830,849,0Западно-Тэбукское
(Коми АССР)0,713.71,543,753,7125,549.5Арланское (Башкирская АССР)2,8420,35,24,77,718,039,7Ромашкинское (Татарская АССР)1,6211,604,164,975,8522,446,0Усть-Балыкское (Западная Сибирь)1,7715,442,561,244,4318,542,3Самотлорское (Западная Сибирь)0,9210,21,672,430,060,2Лянторская0,9913,22,82,417,2232,0440,34Охинское (Сахалин)0,317,21,330,923,657,240,5Долинское (УССР)0,4513,00,44,031,150,2Речицкое (Белорусская
ССР)0,327,040.119,512,626,452,2Котур-Тэпе (Туркменская ССР)0,276,40,736,452.7617,946,7Жетыбайское (Мангышлак)0,211,00,320,11,7919,540,5
Используя эту классификацию, для любой промышленной нефти можно составить шифр. Так например, Лянторская нефть получает шифр IIТ2М3И2П2.
Физико-химическая характеристика Лянторской нефти. Таблица 4
п/пНаименование показателейЗначение1.Плотность при 20С, г/см30.89432.Содержание серы, % масс.1.113.Вязкость при 20С см2/сек35.844.Молекулярная масса2815.Вязкость при 50С см2/сек11.756.Температура застывания, С:с обработкой-40без обработки-397.Содержание соединений, % масс.парафинов2.4асфальтенов2.8селикагелевых смол13.2
Фракционный состав и физический свойства сырья. Таблица 5
Температура кипения фракции при 760 мм.рт.ст.Выход на нефть, % вес.Плотность г/см3Молекулярная массаотдельных фракцийсуммарныйC3H80,020,0244i-C4H100,060,080,557258n-C4H100,040,120,578858i-C5H120,330,450,619672n-C5H120,100,550,62627236-620,320,870,667062-700,831,700,692170-800,702,400,716480-901,233,630,726390-1001,254,880,7391100-1101,256,130,7506108110-12
01,067,190,7528111120-1301,378,500,7639115130-1401,419,970,7742118140-1501,0911,060,7825125150-1601,2812,340,7901129160-1701,2713,610,7966135170-1801,1714,780,8046142180-1901,1215,900,8126148190-2001,3217,220,8188155200-2101,4018,620,8341158210-2201,1119,730,8407170220-2301,2721,000,8457180230-2401,3822,380,8497185240-2501,5123,890,8541194250-2601,5325,420,8591202260-2701,7827,200,8593210270-2801,5128,710,8672221280-2901,4630,170,8676230290-3001,8732,040,8684237300-3101,6033,640,8688244310-3201,7335,730,8757259330-3401,8738,810,8957280340-3501,5340,340,8963291350-3601,5441,880,8990295360-3701,6143,490,9006305370-3801,7445,230,9038314380-3901,4946,720,9054322390-4001,7048,420,9055334400-4255,9054,320,9168370425-4505,3059,620,9231401450-4754,7064,320,9304425475-5003,3567,670,9376450500-выше32,33100,00,9936768
По шифру нефти легко составить представление о наиболее рациональных путях ее переработки и о, возможности замены ею ранее применявшейся нефти в данном технологическом процессе.
В табл. 3 приводится выборочный справочный материал, характеризующий некоторые промышленные нефти СССР.
В качестве исходных данных для расчетов при проектировании установки первичной переработки нефти и получения битума были использованы следующие физико-химические показатели, фракционный состав и физические свойства Лянторской, нефти приведенных в табл.3, табл.4.
1.2. Нефтепродукты
Нефтеперерабатывающая промышленность выпускает более 500 различных нефтепродуктов [4].
Среди них прежде всего следует выделить основные группы, резко различающиеся по составу и свойствам:
Iжидкое топливо;
IIсмазочные и специальные масла;
IIIконсистентные смазки;
IVпарафины и церезины;
Vбитумы;
VIсажа;
VII нефтяной кокс;
VIII нефтяные кислоты и их соли;
IXприсадки к топливам и маслам;
Xпрочие нефтепродукты (осветительные керосины, растворители, ароматические углеводороды, смазочно-охлаждающие жидкости и др.).
Остановимся вкратце на назначении и ассортименте некоторых нефтепродуктов из этих групп.
1.2.1. Карбюраторное топливо
Карбюраторное топливоавиационные и автомобильные бензины, тракторный керосин для двигателей с зажиганием от искры [5].
Авиационные бензины представляют собой смеси бензинов прямой гонки, каталитического крекинга и высокооктановых компонентов (алкилбензол, технический изооктан и другие) с добавкой антидетонационных и антиокислительных присадок. Выпускаются следующие марки: бензин БА, Б-100/130, Б-91/115, Б-95/130, Б-70 (без ТЭС). Их фракционный состав 40180С.
Автомобильные бензины смеси бензинов прямой гонки, термического и каталитического крекинга, каталитического риформинга. Их маркировка: А-66, А-72, А-76, АИ-93, АИ-98. Для первых трех цифры обозначают октановые числа по моторному методу, а для двух последнихпо исследовательскому. Бензин марки А-72 выпускается без добавки ТЭС, а в остальные ТЭС вводится в количестве от 0,41 до 0,82 г/кг бензина. Начало кипения этих бензинов не ниже 35 С, а конец кипения 205 С для А-66, для других 185195С.
Тракторный керосинсмесь дистиллятов прямой гонки и термического крекинга фракционного состава примерно 100300 С. Выпускаются две марки с октановыми числами 40 и 45.
Топливо для реактивных двигателей (авиакеросины) имеет в основном прямогонное происхождение. Марки Т-1, ТС-1, Т-2, Т-5, Т-6, Т-7, Т-8, РТ. Топлива отличаются друг от друга по фракционному составу, содержанию общей и меркаптановой серы. Авиакеросины должны иметь температуру застывания не выше 60 С.
Эксплуатационные свойства карбюраторных топлив. Авиационные и автомобильные поршневые двигатели внутреннего сгорания с принудительным воспламенением от искры работают по четырехтактному циклу. В первом такте (всасывание) топливно-воздушная рабочая смесь заполняет цилиндр двигателя и нагревается к концу такта в двигателях, работающих на бензине, до 80130С и до 140 205 С в работающих на керосине.
Во втором такте (сжатие) давление смеси возрастает до 10 12 ат, а температурадо 150350 С. В конце хода сжатия с некоторым опережением смесь воспламеняется от электрической искры. Хотя время сгорания топлива очень мало тысячные доли секунды, но оно все же сгорает постепенно, по мере продвижения фронта пламени по камере сгорания (фронтом пламени называется тонкий слой газа, в котором протекает реакция горения). При нормальном сгорании фронт пламени распространяется со скоростью 2030 м/сек. Температура сгорания достигает 2200 2800С, а давление газов сравнительно плавно возрастает до 30 50 ат в автомобильных двигателях и до 80 ат в авиационных.
В третьем такте (рабочий ход) реализуется энергия сжатых продуктов сгорания, и во время четвертого такта цилиндр двигателя освобождается от продуктов сгорания.
В поршневых авиационных и автомобильных двигателях в качестве топлива применяются бензины. Важнейшее эксплуатационное требование к ним обеспечение нормального бездетонационного сгорания в двигателях, для которых они предназначены.
Детонацией называется особый ненормальный характер сгорания топлива в двигателе, при этом только часть рабочей смеси после воспламенения от искры сгорает нормально с обычной скоростью. Последняя порция топливного заряда (до 1520%), находящаяся перед фронтом пламени, мгновенно самовоспламеняется, в результате скорость распространения пламени возрастает до 15002500 м/сек, а давление нарастает не плавно, а резкими скачками. Этот резкий перепад давления создает ударную детонационную волну. Удар такой волны о стенки цилиндра и ее многократное отражение от них приводит к вибрации и вызывает характерный металлический стук, являющийся главным внешним признаком детонационного сгорания. Другие внешние признаки детонации: появление в выхлопных газах клубов черного дыма, а также резкое повышение температуры стенок цилиндра. Детонация явление очень вредное. На детонационных режимах мощность двигателя падает, удельный расход топлива возрастает, работа двигателя становится жесткой и неровной. Кроме того, детонация вызывает прогорание и коробление поршней и выхлопных клапанов, перегрев и выход из строя электрических свечей и другие неполадки. Износ двигателя ускоряется, а межремонтные сроки укорачиваются. При длительной работе на режиме интенсивной детонации возможны и аварийные последствия. Особенно опасна детонация в авиационных двигателях.
Явление детонации с химической точки зрения объясняется перенасыщением последней части топливного заряда первичными продуктами окисления углеводородов гидроперекисями и продуктами их распада высокоактивными свободными радикалами, которые при достижении определенной концентрации реагируют со скоростью взрыва. В результате вся несгоревшая часть горючей смеси мгновенно самовоспламеняется. Очевидно, чем выше скорость образования перекисей в данной рабочей смеси, тем скорее возникает взрывное сгорание, тем раньше нормальное распространение фронта пламени перейдет в детонационное и последствия детонации скажутся сильнее. Отсюда следует, что основным фактором, от которого зависит возникновение и интенсивность детонации, является химический
состав топлива, так как известно, что склонность к окислению у углеводородов различного строения при сравнимых условиях резко различна.
Если в топливе преобладают углеводороды, не образующие в условиях предпламенного окисления значительного количества перекисей, то взрывного распада не произойдет, смесь не перенасытится активными частицами и сгорание будет проходить с обычными скоростями, без детонации.
Оценка детонационной стойкости (ДС) [11] или антидетонационных свойств углеводородов и топлив проводится на стационарных одноцилиндровых двигателях. В основе всех методов оценки ДС лежит принцип сравнения испытуемого топлива со смесями эталонных топлив. В качестве последних выбраны 2,2,4-триметилпентан (изооктан) и гептан, а за меру детонационной стойкости принято октановое число.
Октановым числом называется условная единица измерения детонационной стойкости, численно равная процентному (по объему) содержанию изооктана (2,2,4-триметилпентана) в его смеси с гептаном, эквивалентной по детонационной стойкости испытуемому топливу при стандартных условиях испытания.
Октановое число изооктана принято равным 100, а гептана 0. Следовательно, если испытуемый бензин оказался эквивалентным в стандартных условиях испытания смеси, состоящей, например, из 70% изооктана и 30% гептана, то его октановое число равно 70. Октановое числонормируемый показатель детонационной стойкости автомобильных бензинов, а также авиационных бензинов при работе на бедных смесях и без применения наддува.
Для оценки ДС авиационных бензинов при работе двигателя на богатых смесях и с применением наддува нормируемым показателем служит сортность топлива.
Сортность топлива на богатой смеси это характеристика, показывающая величину мощности двигателя (в процентах) при работе на испытуемом топливе по сравнению с мощностью, полученной на эталонном изооктане, сортность которого принимается за 100.
Октановые числа определяются на специальных испытательных установках при строго стандартных условиях. Имеется несколько методов определения октановых чисел, отличающихся друг от друга режимом испытания. В Советском Союзе оценка топлив ведется по моторному и исследовательскому методу. Октановые числа, определенные по исследовательскому методу, для некоторых бензинов на несколько единиц выше. Поэтому, когда приводятся данные по октановым числам, всегда надо оговаривать метод их определения.
Одним из путей повышения детонационной стойкости топлив для двигателей с зажиганием от искры является применение антидетонаторов. Это вещества, которые добавляют к бензинам в количестве не более 0,5% с целью значительного улучшения антидетонационных свойств.
Достаточно эффективным, применяемым во всех странах, антидетонатором является тетраэтилсвинец (ТЭС) Pb(С2Н5)4, который уже при 200250 С [13] легко распадается на свинец и свободные радикалы (этил), присутствие которых в топливно-воздушной среде замедляет образование перекисей в предпламенный период. Это приводит к снижению их концентрации перед фронтом пламени, и, следовательно, переход нормального сгорания в детонационное затрудняется. В свою очередь, и атомарный свинец уже при более высоких температурах, т. е. на более поздней стадии процесса горения, дезактивирует различные частицы, образующиеся при бурном распаде перекисей. Это также приводит к ослаблению детонации.
В чистом виде ТЭС применять нельзя, так как на клапанах, свечах и стенках цилиндра накапливаются свинец и окись свинца, что конечно нарушает работу двигателя. Для удаления свинцовистого нагара к ТЭС добавляют так называемые выносители свинца различные галогеналкилы. При термическом разложении последние выделяют галогенводород или галоген. Они образуют со свинцом и окисью свинца соли, которые при высоких температурах двигателя находятся в парообразном состоянии:
3C2H5Br 2C2H4 + 2HBr
PbO + 2HBr PbBr2 + H2O
Pb + 2HBr PbBr2 + H2O
Эти соли вместе с выхлопными газами благодаря своей летучести выводятся из цилиндра двигателя. В качестве выносителей применяются дибромэтан, бромистый этил, -монохлорнафталин, дибромпропан. Смесь ТЭС, выносителей и красителя называется этиловой жидкостью.
ТЭС, а следовательно, и этиловая жидкость очень ядовиты: при обращении с ней и содержащими ее этилированными бензинами необходимо соблюдать специальные правила предосторожности. Чтобы легче отличать этилированные бензины, этиловую жидкость подкрашивают. Добавляется этиловая жидкость к бензинам в количестве от 1,5 до 4 мл на 1 кг топлива. Добавление этиловой жидкости свыше 4 мл/кг уже не приводит к дальнейшему повышению октановых чисел, но вызывает усиленное отложение свинцовистого нагара [13].
Октановые числа индивидуальных углеводородов. Таблица 6
АлканыОЧАлкеныОЧБутан92Пентен-177Изобутан99Гексен-163Пентан622,3-Диметилбутен-1812-Метилбутан 90Октен-135Гексан26Октен-2562-Метилпентан 74Октен-3682,2-Диметилбутан (неогексан)93Октен-4743,3-Диметилбутан 942,2,4-Триметилпентен-255Гептан02,2,4-Триметилпентен-1862,2-Диметилпентан892.2,3-Триметилбутан (триптан) 104Октан-202.3-Диметилгексан . .792,3,4-Триметилпентан962,2,4-Триметилпентан(эталонный изооктан)1002,2,3-Триметилпентан>100
ЦикланыОЧАроматические
углеводородыОЧЦиклопентан87Бензол106Метилциклопентаи80Толуол103Этплциклопентан61Этилбензол98Пропилциклопентан 28п-Ксилол103Изопропилциклопептан76м-Ксилол103Цпклогексан77о-Ксилол100Метилциклогексан72Пропилбензол99Этилциклогексан45Изопропилбензол (кумол)100Декалин381,3,5-Триметилбензол (мезитилен)100
Бензины различного химического состава по-разному относятся к добавке ТЭС, т. е. обладают, как говорят, различной приемистостью к. ТЭС. Приемистость к ТЭС оценивается числом единиц, на которое увеличивается октановое число данного топлива или углеводорода при добавлении определенного количества ТЭС по сравнению с октановым числом этого топлива в чистом виде, т. е. без антидетонатора. Наибольшая приемистость к ТЭС у парафиновых углеводородов нормального строения, наименьшаяу непредельных и ароматических углеводородов.
Изучение детонационной стойкости индивидуальных углеводородов позволило установить зависимость этого важного свойства от химического строения углеводородов и имело большое значение для подбора и создания различных сортов горючего для разнообразных двигателей.
Выше (табл. 6) приведены октановые числа некоторых индивидуальных углеводородов, определенные по моторному методу (без ТЭС).
Как видно из представленных данных, октановые числа некоторых углеводородов могут оказаться ниже 0 и выше 100. В первом случае это означает, что их ДС ниже, чем у гептана, а во втором выше, чем у изооктана.
При оценке ДС товарных бензинов и компонентов, имеющих октановые числа выше 100, в качестве эталонных топлив используют смеси чистого изооктана с различным количеством ТЭС [68].
Для отдельных групп углеводородов, входящих в состав бензинов можно сделать следующие краткие выводы об их ДС.
Алканы нормального строения. Начиная с пентана углеводороды этого ряда характеризуются очень низкими октановыми числами, причем чем выше их молекулярный вес,
тем октановые числа ниже. Существует почти линейная зависимость ДС от молекулярного веса.
Алканы разветвленного строения (изопарафины). Разветвление молекул предельного ряда резко повышает их ДС. Так, например, у октана октановое число 20, а у 2,2,4-триметилпентана 100. Наибольшие октановые числа отмечаются для изомеров с парными метильными группами у одного углеродного атома (неогексан, триптан, эталонный изооктан), а также у других триметильных изомеров октана.
Благодаря высоким антидетонационным свойствам изопарафины С5С8весьма желательные компоненты бензинов.
Алкены (моноолефины. Появление двойной связи в молекуле углеводородов нормального строения вызывает значительное повышение ДС по сравнению с соответствующими предельными углеводородами.
Цикланы (нафтеновые углеводороды. Первые представители рядов циклопентана и циклогексана обладают хорошей ДС; особенно это относится к циклопентану. Их приемистость к ТЭС также достаточно высока. Эти углеводороды являются ценными составными частями бензинов. Наличие боковых цепей нормального строения в молекулах как циклопентановых, так и циклогексановых углеводородов, приводит к снижению их октанового числа. При этом чем длиннее цепь, тем ниже октановые числа. Разветвление боковых цепей и увеличение их количества повышает ДС цикланов.
Ароматические углеводороды. Почти все простейшие ароматические углеводороды ряда бензола имеют октановые числа 100 и выше. Ароматические углеводороды и ароматизированные бензины наряду с разветвленными алканамилучшие компоненты высокосортных бензинов. Однако содержание ароматических углеводородов в бензинах следует ограничивать примерно до 4050%. Чрезмерно ароматизованное топливо повышает общую температуру сгорания, что влечет за собой увеличение теплонапряженности двигателя, а также может вызвать так называемое калильное зажиганиесамопроизвольное воспламенение рабочей смеси за счет раскаленных частичек нагара. Это очень вредное явление, которое может вызвать аварийное повреждение двигателя.
Итак, основным качественным показателем карбюраторных топлив является их высокая детонационная стойкость. Лучшие сорта автомобильных бензинов должны иметь октановые числа по исследовательскому методу 9398 пунктов.
Помимо высокой ДС к карбюраторным топливам предъявляются следующие основные требования.
Фракционный состав топлива должен обеспечивать его хорошую испаряемость, легкий запуск двигателя даже при низких температурах, быстрый прогрев двигателя и хорошую его приемистость к переменам режима. Поэтому важнейшим техническим показателем бензинов и керосинов являются данные стандартной разгонки, при которой отмечают: температуру начала кипения; температуры, при которых отгоняются 10, 50, 90 и 97,5 объемн. % от загрузки; остаток (в %) и иногда конец кипения. 10%-ная точка определяет пусковые свойства топлива, 50%-ная точка быстроту прогрева двигателя, 90%- и 97,5%-ные точки и конец кипения характеризуют полноту испарения и равномерное распределение топлива по цилиндрам [15].
Топливо не должно образовывать газовых пробок в топливоподающей системе. Для обеспечения этого требования в бензинах контролируется давление насыщенных паров при 38 С, которое не должно превышать 360 мм рт. ст. для авиационных бензинов, 500 мм рт. ст. для летних сортов и 700 мм рт. ст. для зимних сортов автомобильных бензинов.
Топливо должно быть химически стабильным и не содержать смол. Бензины термического крекинга и коксования содержат непредельные углеводороды, склонные при хранении окисляться и полимеризоваться. Этот процесс получил название смолообразования. Выпадение смол резко ухудшает эксплуатационные свойства топлив, способствует отложению нагаров в цилиндрах двигателей и на клапанах. Для повышения химической стабильности топлив вторичного происхождения к ним добавляются антиокислительные присадки (ингибиторы). Применение антиокислителей позволяет значительно затормозить реакции окисления. Это имеет большое практическое значение, так как позволяет увеличить сроки хранения топлив. В качестве антиокислителей предложено очень много разнообразных органических веществ. Среди них фенолы, полифенолы, алкилфенолы, аминофенолы и др. К наиболее распространенным антиокислительным присадкам, добавляемым к бензинам и керосинам, относятся:
древесно-смольный антиокислитель (ДСА), представляющий собой смесь полифенолов и их диметиловых эфиров; ДСА добавляется к автомобильным бензинам в количестве 0,050,15% почти на всех нефтеперерабатывающих заводах СССР;
ФЧ-16смесь полифенолов из каменноугольной смолы. Этот ингибитор выпускается с 1968 г. и рекомендуется к применению в количестве 0,050,065%;
синтетические ингибиторы 2,4-диметил-б-трег-бутилфенол (топанол А) (I), 2,6-ди-трег-бутил-4-метилфенол (ионол, топанол 0) (II), п-оксидифениламин (ПОДФА) (III), добавляемые в тысячных и сотых долях процента:
К числу наиболее сильнодействующих антиокислителей принадлежит также N,N-ди-втор-бутил-п-фенилендиамин (ФДА):
Механизм действия антиокислителей в общем виде заключается в том, что молекулы присадки обрывают цепные реакции окисления.
О химической стабильности топлив судят либо по содержанию фактических смол (в мг на 100 мл), либо по длительности индукционного периода (в мин).
Индукционным периодом называется время (в мин], в течение которого бензин в условиях испытания в бомбе под давлением 7 кгс/см2 кислорода при 100 С практически не поглощает кислорода. Об этом судят по кривой давления кислорода в бомбе во время испытания. По окончании индукционного периода скорость окисления резко возрастает, кислород начинает расходоваться, а давление в бомбе снижаться. Нормами на автомобильные бензины длительность индукционного периода установлена для разных сортов от 450 до 900 мин.
4. Топливо не должно вызывать коррозии деталей двигателя. Это контролируют по следующим нормируемым показателям качества: кислотность, общее содержание серы, содержание водорастворимых кислот и щелочей (должны отсутствовать), присутствие активных сернистых соединений (испытание по изменению цвета поверхности медной пластинки).
5. Авиационные топлива не должны застывать и выделять кристаллы при температуре выше 60 С.
Физико-химические свойства бензинов должны соответствовать требованиям ГОСТ 2084-77, представленным в табл. 7.
Физико-химические свойства бензинов. Таблица 7
п/пНаименование показателейЗначение для маркиМетод
испытанияА-72А-76АИ-93АИ-95аабабаОКП-02
5112 0401ОКП-2 5112 0501ОКП-2 5112 0502ОКП-2 5112 0601ОКП-2 5112 0602ОКП-2 5112 03001.Детонационная стойкость октановое число:по моторному методу727676858585ГОСТ 511-82по исследовательскому методуне нормируется939595ГОСТ 8226-822.Концентрация свинца, г/дм30,0130,0130,170,0130,370,013ГОСТ 2177-823.Фракционный состав
летнего/зимнего:начало кипения35/-35/-35/-35/-35/-30/-10%70/5570/5570/5570/5570/5575/5550%115/100115/100115/100115/100115/100120/10090%180/160180/160180/160180/160180/160180/160конец кипения195/185195/185195/185195/185195/185205/195остаток, %1,51,51,51,51,51,5остаток и потери,
%4,04,04,04,04,04,04.Давление насыщенных паров бензина, кПа (мм.рт.ст.):летнего66,7 (500)зимнего66,7-93,3 (500-700)5.Кислотность, мг КОН на 100 см33,01,03,00,83,02,0ГОСТ 11362-766.Концентрация фактических смол, мг на 100 см3 бензина:на месте производства5,03,05,0-5,05,0ГОСТ 1567-83на месте потребления10,08,010,05,07,0-7.Индукционный период бензина на месте производства, мин60012009001200900900ГОСТ 19121-738.Массовая доля серы, %0,100,100,100,100,100,109.Испытание на медной пластинкевыдерживаетГОСТ 6321-9210.Водорастворимые кислоты и щелочиотсутствиеГОСТ 6307-7511.Механические примеси и водаотсутствие12.Цвет--желтый-оранж-визуально13.Плотность при 20С, кг/м3не нормируетсяГОСТ 3900-8514.Тяжелые углеводородыотсутствие
Примечание:
1. Для городов и районов, а также предприятий, где Главным санитарным врачом запрещено применение этилированных бензинов, предназначаются только неэтилированные бензины.
2. Допускается вырабатывать бензин, предназначенный для применения в южных районах, со следующими показателями по фракционному составу:
10% перегоняется при температуре не выше 75С;
50% перегоняется при температуре не выше 120С,
3. Для бензинов, изготовленных с применением компонентов каталитического риформинга, допускается температура конца кипения бензина летнего вида не выше 205С, бензина зимнего вида не выше 195С.
4. Автомобильные этилированные бензины, предназначенные для экспорта, изготовляют без добавления красителя. Допускается бледно-желтая краска. Концентрация свинца в них не должна превышать 0,15 г/дм3. Массовая доля меркаптановой серы по ГОСТ 17323-71 не более 0,001%.
Физико-химические показатели, которыми обладает бензиновая фракция получаемая на установке первичной переработки нефти и получения битума представлены в табл. 8.
1.2.2. Дизельное топливо
Дизельное топливодля двигателей с зажиганием от сжатия. В эту подгруппу входят следующие виды топлив:
Топливо для быстроходных дизелей фракционного состава примерно 180350С. Выпускаются марки ДА и А (арктические), АЗ и 3 (зимние), ДЛ и Л (летние), ДС и С (специальные). Они различаются по температуре застывания (6010 С) и содержанию серы.
Топливо моторное для среднеоборотных и малооборотных двигателей. Две марки ДТ, ДМ.
Топливо для тепловозных и судовых двигателей следующих марок: ТЗ (зимнее), ТЛ (летнее). По фракционному составу это более высококипящие фракции (50%275290 С; 98%340 360С).
Физико-химическая характеристика бензиновой фракции. Таблица 8
п/пНаименование показателяЗначение1.Детонационная стойкость октановое число:по исследовательскому методу622.Концентрация свинца, г/дм3-3.Фракционный состав
летнего/зимнего:начало кипения3510%7650%12090%163конец кипения185остаток, %1,02остаток и потери, %3,54.Давление насыщенных паров бензина, кПа (мм.рт.ст.): (323)5.Кислотность, мг КОН на 100 см30,56.Концентрация фактических смол, мг на 100 см3 бензина -7.Индукционный период бензина на месте производства, мин6008.Массовая доля серы, %0,049.Испытание на медной пластинкевыдерживает10.Водорастворимые кислоты и щелочи-11.Механические примеси и вода-12.Цветжелтый13.Плотность при 20С, кг/м373214.Тяжелые углеводороды-
Котельное топливо флотские и топочные мазуты (марки ф5, ф12, 40, 100, 200) и топливо для локомотивных газотурбинных двигателей. Они различаются по вязкости и температуре застывания.
В 1970 г. были впервые утверждены также технические условия на печное топливо для битовых и технических целей (марки А, Б, В). Их примерный фракционный состав 100300360 С.
К группе топлив следует отнести также горючие газы. Их классифицируют следующим образом:
газ для коммунально-бытового потребления;
газы сжатые для газобаллонных автомобилей;
газы углеводородные сжиженные топливные (пропан технический, бутан технический, смесь пропана и бутана).
Эксплуатационные свойства дизельных топлив. В двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, называемых дизелями, четырехтактный рабочий процесс протекает несколько иначе, чем в двигателях с зажиганием от искры [15]. В дизельном двигателе в первых двух тактах засасывается и сжимается чистый воздух. Температура воздуха в конце хода сжатия достигает 550650 С, а давление возрастает до 40 ат. В конце хода сжатия в сжатый и нагретый воздух впрыскивается в течение определенного времени под большим давлением порция топлива. Мельчайшие капельки топлива переходят в парообразное состояние и распределяются в воздухе. Через определенный весьма незначительный момент времени топливо самовоспламеняется и полностью сгорает. Время между началом впрыска и воспламенением топлива называется периодом задержки самовоспламенения. В современных быстроходных двигателях этот период не более 0,002 сек. В результате сгорания топлива давление газов достигает 60100 ат. Весьма важным для обеспечения плавной, нормальной работы двигателя является скорость нарастания давления газов. Из практики известно, что эта скорость не должна превышать 5 ат на 1 угла поворота коленчатого вала. В противном случае двигатель начинает стучать, работа его становится жесткой, а нагрузка на подшипники чрезмерной. Появление стуков и жесткая работа двигателя тесно связаны с длительностью периода задержки самовоспламенения. Чем продолжительнее этот период, тем большее количество топлива успеет поступить в цилиндр двигателя. В результатеодновременное воспламенение повышенного количества топлива приводит к взрывному характеру сгорания, и давление газов будет нарастать скачкообразно. В двух последующих тактах: рабочий ход и выхлоппроисходит рабочее расширение газов и освобождение цилиндра двигателя от продуктов сгорания.
В качестве топлива для быстроходных дизелей применяются керосиногазойлевые фракции нефти. Для тихоходных и стационарных двигателей этого типа с малым числом оборотов применяется более тяжелое топливо типа мазутов.
Наиболее существенное эксплуатационное свойство дизельных топливих способность быстро воспламеняться и плавно сгорать, что обеспечивает нормальное нарастание давления и мягкую работу двигателя без стуков. Воспламенительные свойства топлив зависят от их химического и фракционного состава. Очевидно, что это, в первую очередь, связано с температурой самовоспламенения компонентов топлива. Известно, например, что ароматические углеводороды имеют очень высокие температуры воспламенения (500600 С). Ясно, что сильноароматизованные продукты неприемлемы в качестве дизельного топлива. Наоборот, парафиновые углеводороды имеют самые низкие температуры самовоспламенения, и дизельные топлива из парафинистых нефтей обладают хорошими эксплуатационными свойствами.
Оценка воспламенительных свойств углеводородов и топлив, так же как и детонационной стойкости бензинов, проводится методом сравнения на лабораторных испытательных установках с эталонными топливами.
По аналогии с октановыми числами для оценки моторных свойств дизельных топлив приняты цетановые числа.
Цетановым числом называется содержание (в объемн. %) цетана в смеси с -метилнафталином, эквивалентной по самовоспламеняемости
испытуемому топливу, при сравнении топлив в стандартных условиях испытания [14].
Цетановое число самого цетана (гексадекана) С16Н34 принято равным 100, а -метилнафталина0. Определение цетановых чисел проводится на стандартной одноцилиндровой установке с дизельной головкой по так называемому методу совпадения вспышек. Цетановые числа дизельных топлив нормируются в интервале 4050 ед.
Цетановое число характеризует не только воспламенительные свойства, оно отражает и некоторые другие эксплуатационные качества дизельного топлива: чем выше цетановое число дизельного топлива, тем лучше его пусковые свойства, тем менее длителен период задержки самовоспламенения, больше полнота сгорания топлива, меньше задымленность выхлопных газов и склонность топлива к отложениям нагаров в камере сгорания и в форсунках.
Самые низкие цетановые числа характерны для ароматических углеводородов, особенно бициклических. Цикланы и бицикланы занимают промежуточное положение. Наибольшими цетановыми числами обладают алканы нормального строения. Разветвление молекул алканов приводит к значительному снижению цетановых чисел. Введение двойной связи в молекулу углеводорода также вызывает понижение цетанового числа.
Характеристика дизельного топлива. Таблица 9
п/пНаименование показателейНорма для марки ДТ
по ГОСТ 305-82Продукция ЦППНиПБдизтопливо летнеедизтопливо зимнеедизтопливо1.Цетановое число454545452.Фракционный состав:50% перегоняется при температуре, С28028025524796% перегоняется при температуре, С3603403303313.Вязкость кинематическая при 20С, сСт3,0-6,01,8-5,01,5-4,03,644.Температура застывания для умеренной/холодной климатической зоны, С-10/--35/-45-/-55-385.Температура помутнения для умеренной/холодной климатической зоны, С-5/--25/-35-/--276.Температура вспышки в закрытом тигле для судовых дизелей/для дизелей общего назначения, С62/4040/3535/30377.Массовая доля серы в топливе вид I/вид II0,2/0,50,2/0,50,2/0,40,288.Содержание сероводородаотсутствует9.Массовая доля меркаптановой серы, %0,010,010,01-10.Испытание на медной пластинкевыдерживает11.Содержание водорастворимых кислот и щелочейотсутствует12.Содержание мех. примесейотсутствует13.Содержание фактических смол на 100 мл топлива, мг0,400,300,30-14.Кислотность мг КОН на 100 мл5552,8115.Йодное число г. йода на 100 мл топлива6660,0216.Зольность, %0,010,010,010,01517.Коксуемость 10% остатка, %0,200,300,30-18.Коэффициент фильтруемости333-19.Содержание водыотсутствует.20.Плотность при 20С86084083083321.Предельная температура фильтруемости,С5---
К другим важным эксплуатационным свойствам дизельных топлив для быстроходных дизелей относятся их фракционный состав, вязкость, температура застывания, коксуемость, содержание серы; кислотность, содержание воды и механических примесей. Все эти показатели подбираются в таких пределах, чтобы обеспечить нормальную бесперебойную подачу топлива в двигатель, полноту сгорания, уменьшение нагарообразования и отсутствие коррозии. Особенно большое значение имеет температура застывания, варьирующая от 10 С для летних сортов до 60 С для арктического сорта, и содержание серы, которое не должно превышать 0,2% Для всех марок.
Физико-химические свойства дизельного топлива должны соответствовать требованиям ГОСТ 305-82. Данные по ГОСТ и производимого дизельного топлива приведены в табл. 9.
1.2.3. Смазочные и специальные масла.
В эту вторую основную группу включены жидкие дистиллятные и остаточные нефтепродукты различной вязкости и степени очистки, предназначенные для обеспечения жидкостной смазки в различных машинах и механизмах, а также нашедших разнообразное техническое применение во многих отраслях промышленности [16].
Смазочные масла. Смазочные масла подразделяются на следующие подгруппы:
индустриальные масла;
масла турбинные, компрессорные и для паровых машин;
моторные масла;
трансмиссионные масла.
Индустриальные масла предназначены для смазки станков, механизмов и машин, работающих в разнообразных условиях и с различной скоростью и нагрузкой. По величине вязкости их подразделяют на легкие (50 = 4 8,5 сст), средние ( = 12 50 сст) и тяжелые (100 = 9 36 сст). Для различных машин и механизмов выпускается более 30 марок индустриальных масел: велосит, вазелиновое масло, масла для холодильных машин (ХА, ХА-23, ХА-30, ХФ12-18, ХФ22-24, ХФ22с-16), веретенные и машинные (марки по вязкости при 50 С: 12, 20, 30, 45, 50), масла индустриальные селективной очистки (марки по вязкости при 50 С: ИС-12, ИС-20, ИС-30, ИС-45, ИС-50), сепараторные Л и Т, авиационное МС-20С. масло для прессов и прокатных станов П-28, приборное МВП и др.
Масла турбинные, компрессорные и для паровых машин. В эту подгруппу включены масла, работающие в тяжелых условиях нагрузки, повышенной температуры и воздействия воды, пара и воздуха.
Турбинные масла предназначены для смазки и охлаждения подшипников паровых и водяных турбин и для заполнения систем регулирования паровых турбогенераторов. Они должны быть стабильны против окисления и обладать быстрой скоростью деэмульгацни (8 мин). Выпускаются следующие марки по вязкости при 50 С: 22м, 22(л), 30(УТ), 46(Т), 57 (турборедукторное).
Компрессорные масла предназначены для смазки цилиндров, клапанов и других движущихся частей воздушных компрессоров и воздуходувок. Это высоковязкие, стабильные против окисления масла. Выпускаются две марки с вязкостью при 100 С: 12(М) и 19(Т).
Масла для паровых машин (цилиндровые) выпускаются для смазки цилиндров паровых машин, работающих на насыщенном и перегретом паре. Масла цилиндровые с вязкостью при 100 С 11 и 24 сCт (цилиндровое 2 и вискозин)для машин с насыщенным паром, тяжелые цилиндровые масла вапор (100 = 36 сCт) и цилиндровое 6 (100 = 52 сCт) для машин с перегретым паром. Выпускаются также судовое масло и масло для судовых газовых турбин.
Моторные масла в эту подгруппу включены многочисленные сорта масел, применяемых для смазки двигателей внутреннего сгорания. Они подразделяются на авиационные, автотракторные и дизельные. Обозначение различных марок моторных масел базируется на следующих принципах. Первая большая буква, в данном случае М, указывает на подгруппу, цифры обозначают вязкость в ест при 50 или 100 С, буквы пмасло с отечественной присадкой, и с иностранной. Буквы С и К указывают на селективную или кислотную очистку. Буквы Л, 3, Слетнее, зимнее, северное масло.
Сравнительно недавно принята новая индексация для марок моторных масел (табл. 10).
Индексация моторных масел. Таблица 10
Вязкость
при 100 С, естМарки масел по группамАБВГДЕ61,0М6БМ6В81,0М8БМ8ВМ8Г102,0М10АМ10БМ10ВМ10Г121,0М12БМ12ВМ12ГМ12Д141,0М14БМ14ВМ14ГМИДМ14Е161,0М16БМ16ВМ16ГМ16ДМ16Е201,0М20БМ20ВМ20ГМ20ДМ20Е
Выпускаются следующие моторные масла:
Авиационные это, как правило, остаточные масла хорошей очистки; марки: МС-14, МС-20, МК-22; здесь цифры обозначают вязкость (в ест) при 100 С;
Автотракторные (автолы) в основном дистиллятные масла, селективной очистки и с присадками, марки: АСп-6 (М6Б), АСП-10 (М10Б), АКЗп (М6Б), АКЗп-10 (М10Б; АКп-10 (М10Б),
АК-15 (тракторное);
Автомобильные фенольной селективной очистки, марки: АС-6 (М6Б), АС-8 (МВБ), АС-10 (М10Б);
Дизельные Дп-8, Д-11, Дп-11, Дп-14 и фенольной селективной очистки: ДС-8 (М8Б), ДС-10 (М10Б); для мощных быстроходных дизелеймасло МТ-1бп.
Трансмиссионные масла предназначены для смазки трансмиссий автомобилей и тракторов, для зубчатых и гипоидных передач, рулевого управления и для различных грубых механизмов. Все эти масла неочищенные, как правило осерненные для улучшения липкости (маслянистости), высокой вязкости. Выпускаются летние, зимние и северные марки осевых масел с вязкостью при 50 С от 12 до 52 ест и др.
Специальные (несмазочные) масла. Эта подгруппа включает масла, предназначенные не для смазки, а для применения в качестве рабочих жидкостей в тормозных системах, в пароструйных насосах и гидравлических устройствах, а также в трансформаторах, конденсаторах, маслонаполненных электрокабелях в качестве электроизолирующей среды. Сюда же относятся медицинское, парфюмерное, поглотительные и некоторые другие масла специального назначения. Ко всем этим маслам предъявляются требования высокой очистки и в них контролируются некоторые специальные показатели в зависимости от условий применения. Названия этих масел отражают область их использования. Например, трансформаторные масла (ТКп, ТК), вазелиновое медицинское, конденсаторные, парфюмерное и т. д.
На установке первичной переработки нефти и получения битума смазочные и специальные масла не производят.
1.2.4. Консистентные смазки
Консистентные смазки представляют собой нефтяные масла, загущенные мылами, твердыми углеводородами и другими загустителями. Эти мазе- и пастообразные нефтепродукты предназначены для смазки закрытых, как правило тяжелонагруженных, механизмов и для предохранения различных изделий от воздействия условий внешней среды. Кроме того, некоторые сорта используются для уплотнения (герметизации) различных систем. Это очень обширная группа нефтепродуктов, имеющая свою внутреннюю классификацию и систему обозначения (ГОСТ 312746). Все смазки делятся на два класса: универсальные (У) и специальные. Для обозначения разнообразных свойств универсальных смазок в их названиях к букве У добавляются буквы, указывающие на эти свойства:
Ннизкоплавкие, с температурой каплепадения до 65 С;
Ссреднеплавкие, с температурой каплепадения до 100С;
Ттугоплавкие, с температурой каплепадения выше 100С;
Мморозостойкие, не застывающие при 30 С;
3защитные (от коррозии);
Ккислотоупорные;
Вводостойкие;
Аактивированные;
Р не растворяющие резины.
Специальные смазки обозначаются буквами в соответствии с областями применения. Например: автотракторныеА, для предметов вооруженияВ, железнодорожныеЖ, морскиеМ и т.п.
По своему назначению все смазки делятся на:
антифрикционные, служащие для предотвращения износа (универсальные солидолы и консталины и специальныевсего более 40 сортов);
консервационные или защитные пластичные и жидкие смазки для предохранения металлических и кожаных изделий;
уплотнительные для герметизации различных систем.
1.2.5. Парафины и церезины
Из твердых углеводородов, выделяемых из нефти и озокерита, изготавливаются вазелины (медицинский, ветеринарный, конденсаторный), парафин для синтеза жирных кислот, медицинский парафин, спичечный парафин, парафин для пищевой промышленности, различные марки церезина, восковые и пропиточные составы. Все товарные сорта парафина и церезина в основном различаются по температуре плавления (от 42 до 80 С) и степени очистки.
1.2.6. Битумы
Битумы изготавливаются из тяжелых нефтяных остатков путем их окисления и предназначены для дорожного строительства, для получения кровельных материалов для гидроизоляции, электроизоляции, приготовления асфальтовых лаков и полиграфических красок.
Нефтяные битумы выпускаются в жидком, полутвердом и твердом виде. Многочисленные марки битумов отличаются друг от друга по температуре размягчения, глубине погружения иглы (пенетрации), по растяжимости (дуктильности).
Физико-химические свойства битумов производимых в ЦППНиПБ БНД 90/130 и БН 70/30 должны соответствовать требованиям ГОСТ 22245-90 и ГОСТ 6617-76 соответственно. Перечень показателей их значения приведены в табл.11.
Характеристика битума производимого в ЦППНиПБ. Таблица 11
п/пНаименование показателяБитум БНД 90-130 ГОСТ 22245-90Битум БН 70-30 ГОСТ 6617-76Продукция ЦППНиПБ1.Глубина проникания иглы 0,1, ммпри 25С91-13021-40117при 0С28-482.Температура размягчения по кольцу и шару, Сне более 4370-80423.Растяжимость, смпри 25Сне менее 653,079при 0Сне менее 4,04,064.Температура хрупкости, Сне выше -17не нормир.-245.Температура вспышки, Сболее 230более 2402986.Изменение температуры размягчения после прогрева, Сне более 5не нормир.3,47.Индекс пенетрации-1,0 до +1,0 не нормир.-0,58.Массовая доля водорастворимых соединений, %менее 0,30не нормир0,059.Изменение массы после прогрева, %не нормир.менее 0,5010.Растворимость, %не нормир.99,511.Массовая доля водыне нормир.следы
1.2.7. Сажа
Сажа мелкодисперсный сыпучий углеродистый продукт, получаемый на сажевых заводах. Основной потребитель сажи резиновая промышленность, где сажа используется как усилитель и наполнитель каучука. Для резиновой промышленности выпускается восемь марок сажи. Специальные сорта сажи используются в качестве пигмента для изготовления типографских красок.
1.2.8. Нефтяной кокс
Нефтяной кокс выпускается четырех марок с содержанием золы от 0,6 до 0,3% и серы от 0,4 до 1,5%. Используется в основном для производства анодной массы для выплавки алюминия и графитированных электродов [14].
1.2.9. Нефтяные кислоты и их соли
Нефтяные кислоты и их соли получаются в качестве отходов при щелочной очистке нефтепродуктов. Выпускаются для различного технического использования: асидолы (с содержанием кислот до 50%), мылонафт (натриевые соли нефтяных кислот), используемый в основном в мыловаренной промышленности, и асидол-мылонафт.
1.2.10. Присадки к топливам и маслам
Присадки к топливам и маслам. Присадками называются вещества, добавляемые в небольших количествах с целью значительного улучшения эксплуатационных свойств топлив и масел [15].
В качестве присадок применяют самые разнообразные синтетические органические вещества, обладающие специфическими свойствами. Чаще всего это полярные, поверхностно-активные соединения. Производство некоторых из них будет описано. Отечественная нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность вырабатывает более 50 различных марок присадок.
1.3. Первичная перегонка нефти
1.3.1. Назначение первичной перегонки
Нефть, как уже было указано, представляет собой чрезвычайно сложную смесь взаимно растворимых углеводородов [12]. Разделить ее нацело на составляющие компоненты практически невозможно, но этого для промышленного применения нефтепродуктов и не требуется. В промышленной практике нефть делят на фракции, различающиеся температурными пределами перегонки. Это разделение проводится на установках первичной перегонки нефти с применением процессов дистилляции и ректификации.
Полученные фракции служат сырьем для дальнейшей переработки или используются как товарные продукты. Первичная перегонка первый технологический процесс переработки нефти. Установки первичной перегонки имеются на каждом нефтеперерабатывающем заводе.
1.3.2. Дистилляция
Дистилляцией или перегонкой называется процесс разделения смеси взаимно растворимых жидкостей на фракции, которые отличаются по температурам кипения как друг от друга, так и от исходной смеси. При перегонке смесь нагревается до кипения и частично испаряется. Получаемые пары отбираются и конденсируются. Перегонкой получают дистиллят и остаток, которые по составу отличаются от исходной смеси.
Перегонка может быть осуществлена однократным, многократным или постепенным испарением.
При однократном испарении в течение всего времени нагревания смеси продуктов до определенной конечной температуры образующиеся пары не выводятся из системы и остаются в контакте с жидкостью. После того как сообщение тепла заканчивается, вся парожидкостная смесь выводится в сепаратор. Здесь образовавшиеся пары в один прием (однократно) отделяются от жидкости.
При многократном осуществлении процесса разделение фаз производится в несколько приемов. Многократное испарение состоит из повторяющегося несколько раз процесса однократного испарения. Первоначально происходит отделение паров от жидкости, а затемна второй ступенижидкая фаза, оставшаяся при отделении паров в первой ступени, вновь испаряется и т. д.
При постепенном испарении [12] образующиеся пары по мере их образования непрерывно выводятся из перегонного аппарата. Постепенное испарение применяется при лабораторной перегонке нефти из колбы, а в промышленной практике прежде использовалось при перегонке на кубовых установках.
Процесс однократного испарения обладает преимуществами перед постепенным испарением. При однократном испарении низкокипящие фракции, перейдя в пары, остаются в аппарате, снижают парциальное давление испаряющихся высококипящих фракций, что дает возможность вести перегонку при более низких температурах.
При постепенном испарении, наоборот, легкие фракции отгоняют сначала, а тяжелыев конце. Поэтому легкие фракции, которые превратились в пары и были выведены из аппарата, не влияют на температуру кипения тяжелых фракций. Благодаря влиянию легких фракций, применяя однократное испарение, можно снизить конец кипения перегоняемого сырья на 50100 С по сравнению с постепенным испарением.
На современных установках перегонка нефти проводится с применением однократного испарения.
Как известно, в составе нефти имеются углеводороды, кипящие при атмосферном давлении в интервале температур 400500 С и выше в то время как термическая стабильность углеводородов сохраняется только до 380400 С. При более высокой температуре начинается процесс разложения крекинга углеводородов, причем наиболее высококипящие углеводороды нефти обладают наименьшей термической стабильностью [15].
Для того чтобы избежать разложения углеводородов, надо понизить температуру их кипения. Это достигается перегонкой нефти под вакуумом. Нефтяная фракция, выкипающая при атмосферном давлении в интервале температур 450500 С, может быть перегнана под вакуумом (остаточное давление 2040 мм рт. ст.) при 200250 С.
Для понижения температуры кипения в практике нефтепереработки применяют также перегонку с водяным паром, который снижает парциальное давление углеводородов.
Понизить температуру кипения фракции можно и перегонкой с инертным газом (азот, углекислый газ и т. д.). Однако этот метод не нашел распространения, так как присутствие инертного газа ухудшает условия конденсации нефтяных фракций. На современных установках первичной перегонки нефти применяют совместное действие пониженного давления и ввода водяного пара.
1.3.3. Ректификация
При однократном испарении взаимно растворимых жидкостей и последующей конденсации паров получают две фракции: легкую, в которой содержится больше низкокипящих фракций, и тяжелую, в которой содержится меньше низкокнпя-щих фракций, чем в исходном сырье. Следовательно, при перегонке происходит обогащение одной фазы низкокипящими, а другойвысококипящими компонентами. Однако достичь требуемого разделения компонентов нефти и получить конечные продукты, кипящие в заданных температурных интервалах, с помощью перегонки нельзя. Поэтому после однократного испарения нефтяные пары подвергаются ректификации.
Ректификацией называется диффузионный процесс разделения жидкостей, различающихся по температурам кипения, за счет противоточного, многократного контактирования паров и жидкости,
Контактирование паров и жидкости осуществляется в вертикальных цилиндрических аппаратахректификационных колоннах, снабженных специальными устройствами ректификационными тарелками или насадкой, позволяющими создать тесный контакт между паром, поднимающимся вверх по колонне, и жидкостью, стекающей вниз (рис. 1).
В среднюю часть в виде пара, жидкости или парожидкостной смеси подается сырье, которое необходимо разделить на две частивысококипящую и низкокипящую. В простейшем случае исходное сырье состоит из двух компонентов (например, бензола и толуола, бутана и изобутана и др.). Однако чаще сырье представляет собой многокомпонентную смесь, которую с помощью ректификации надо разделить на .два продукта, один из которых содержит в основном низкокипящие компоненты, а другой высококипящие. Зона, в которую подается сырье, носит название эвапорационной, так как а ней происходит эвапорация однократное испарение нагретой в печи или теплообменнике смеси на паровую и жидкую фазы. В некоторых случаях эвапорационная зона отделена от колонны, и эвапорация производится в самостоятельном аппарате. Однако у большинства колонн, в частности на установках первичной перегонки, однократное испарение и ректификация совмещаются.
Принцип работы промышленной ректификационной колонны аналогичен лабораторной. В работающей ректификационной колонне через каждую тарелку проходят четыре потока:
жидкостьфлегма, стекающая с вышележащей тарелки;
пары, поступающие с нижележащей тарелки;
жидкость-флегма, уходящая на нижележащую тарелку;
пары, поднимающиеся на вышележащую тарелку.
Пары и жидкость, поступающие на тарелку, не находятся в состоянии равновесия, однако, вступая в соприкосновение, стремятся к этому состоянию. Жидкий поток с вышележащей тарелки поступает в зону более высокой температуры, и поэтому из него испаряется некоторое количество низкокипящего компонента, в результате чего- концентрация последнего в жидкости уменьшается. С другой стороны, паровой поток, поступающий с нижележащей тарелки, попадает в зону более низкой температуры и часть высококипящего продукта из этого потока конденсируется, переходя в жидкость. Концентрация высококипящего компонента в парах таким образом понижается, а низкокипящегоповышается. Фракционный состав паров и жидкости по высоте колонны непрерывно изменяется. Часть ректификационной колонны, которая расположена выше ввода сырья, называется концентрационной, а расположенная ниже ввода
отгонной. В обеих частях колонны происходит один и тот же процесс ректификации.
С верха концентрационной части .в паровой фазе выводится целевой продукт необходимой чистоты ректификат, а с низа жидкость, все еще в достаточной степени обогащенная низкокипящим компонентом. В отгонной части из этой жидкости окончательно отпаривается низкокипящий компонент. В виде жидкости с низа этой части колонны выводится второй целевой компонент остаток.
Для нормальной работы ректификационной колонны необходимо, чтобы с верха колонны на нижележащие тарелки непрерывно стекала жидкость флегма). Поэтому часть готового продукта (ректификата) после конденсации возвращается на верхнюю тарелку колонны в виде так называемого орошения. С другой стороны, для нормальной работы колонны необходимо, чтобы с низа колонны вверх непрерывно подымались пары. Чтобы создать в колонне паровой поток, часть уходящего из колонны остатка подогревается, испаряется и возвращается обратно в колонну.
На рис. 1 изображена наиболее типичная конструкция ректификационной колонны. Существуют такие колонны, в которых имеется только концентрационная часть, когда сырье вводится под нижнюю тарелку колонны, или только отгонная, когда сырье подается на верхнюю тарелку.
1.3.4. Перегонка нефти до мазута и гудрона
Первичная перегонка нефти на трубчатых установках осуществляется при атмосферном давлении и под вакуумом. При перегонке нефти на трубчатых установках, работающих при атмосферном давлении, из нефти выделяют светлые дистиллятыбензиновый, керосиновый, дизельный [15]. Остатком от перегонки при атмосферном давлении является мазутфракция, перегоняющаяся выше 330350 С. Эти установки носят название атмосферная трубчатая установка (АТ).
Для того чтобы выделить более высококипящие нефтяные фракции, мазут подвергается перегонке на установках, работающих с применением вакуума. Остатком от перегонки мазута является гудрон.
В зависимости от общей схемы нефтеперерабатывающего завода и свойств поступающей для переработки нефти сооружаются либо установки атмосферной перегонки, либо установки, сочетающие атмосферную и вакуумную перегонку, атмосферно-вакуултые трубчатые установки (АВТ). Различные варианты технологических схем нефтеперерабатывающих заводов рассматриваются в п.3.
В тех случаях, когда на заводе необходимо получить максимальное количество светлых продуктов, перегонку ведут до гудрона. Выделенные из мазута темные дистиллятные фракции и гудрон затем перерабатывают с применением различных технологических процессов, направленных на получение более легких нефтепродуктов (крекинг, коксование и Др.)