книги / Технология переработки нефти и газа. Первичная переработка нефти и газа

tк.к характеризуют полноту испарения топлива в системе питания (t97,5 для авиабензина не более 180 °С, для автобензина – не более 195 °С; tк.к летних марок автобензинов – 195 °С для А-76, 205 °С – для марок АИ-91, АИ-93, АИ-95).

Давление насыщенных паров

Этот показатель дает дополнительную информацию об испаряе- мости бензинов и возможности образования газовых пробок в систе- ме питания. Чем выше давление насыщенных паров, тем выше веро- ятность образования газовых пробок. Для авиабензинов этот пара- метр лежит в пределах 29,3–48,0 кПа; для автобензинов – в пределах

66,7–93,3 кПа.

Химическая стабильность

Зависит от содержания в бензинах нестабильных, легко окис- ляющихся олефинов. Высокая доля последних приводит к повышен- ному нагарообразованию и снижению ОЧ. Стабильность топлива против окисления оценивают по содержанию в нем фактических и потенциальных смол. Количество фактических смол определяют выпариванием топлива на водяной бане в струе воздуха или водяного пара. Остаток относится к 100 мл бензина и выражается в мг/100 мл бензина (не более 7 мг/100 мл для автобензинов и 4 мг/100 мл для авиабензинов).

При определении потенциальных смол или индукционного пе- риода окисления бензин помещают в бомбу с манометром, куда вводят кислород (Р = 7 ат, t = 100 °С). Некоторое время давление практически не меняется, затем, когда концентрация радикалов достигает необхо- димого уровня, давление кислорода в бомбе снижается за счет проте- кания реакций окисления. За индукционный период окисления прини- мают время (в мин) постоянства давления с начала испытания. Для ав- тобензинов индукционный период лежит в пределах 900–1200 мин. Для авиабензинов данный показатель называется периодом стабильно- сти (не менее 12 часов для Б91/115 и не менее 8 часов для Б92).

101

3.2.2. Реактивные топлива

Топлива, использующиеся для летательных аппаратов с реак- тивными двигателями, должны обеспечивать:

а) надёжный запуск двигателя; б) необходимую скорость и дальность полёта; в) полноту сгорания топлива;

г) свободное прокачивание по системе питания; д) отсутствие коррозии деталей двигателя;

е) высокую термоокислительную стабильность и др. Реактивные топлива подразделяются на топлива для летательных

аппаратов с дозвуковой и сверхзвуковой скоростью. К первой группе относятся топлива марок ТС-1 и РТ, ко второй группе – Т-6 и Т-8.

Топлива, используемые в сверхзвуковой авиации, более тяже-

лые (ρ 204 = 0,780 и 0,775 для марок ТС-1 и РТ соответственно, тогда как для марки Т-6 ρ 204 = 0,840). Это связано с большим нагревом топ-

лива в полёте и его вскипанием при скорости выше сверхзвуковой (в сверхзвуковой авиации топливо перед сгоранием используют для охлаждения обшивки).

Реактивные топлива используются на больших высотах, где низкая температура, в связи с чем для них нормируются температура начала кристаллизации (не выше –60 °С для всех марок), вязкость

и не более 60 мм2/с для марки Т-6).

Для реактивных топлив нормируется также: а) высота некоптящего пламени; б) содержание ароматики; в) теплота сгорания;

г) содержание серы (общей и меркаптановой).

Эти показатели связаны, прежде всего, с процессом горения то- плива в двигателе, его теплотворной способностью и термической стабильностью.

102

Требованиям на реактивные топлива удовлетворяют фракции авиакеросинов прямой гонки, гидроочищенные, а также (частично) аналогичные фракции вторичных процессов. Наиболее предпочти- тельны по химсоставу фракции с большим содержанием парафино- нафтеновых углеводородов, которые меньше окисляются и дают ма- лое нагарообразование. В противоположность им ароматические уг- леводороды обладают меньшей теплотой сгорания (на 10 %), дымят и вызывают существенное нагарообразование, характеризуются вы- сокой интенсивностью излучения пламени, однако они обладают вы- сокой плотностью, что является важной характеристикой рективных топлив. Содержание ароматики в реактивных топливах не должно превышать 20–22 % (для Т6 – 10 %). Присутствие н-парафинов в дан- ных топливах практически недопустимо из-за ухудшения низкотем- пературных свойств топлива.

3.2.3. Дизельные топлива

Нефтеперерабатывающей промышленностью нашей страны вы- пускаются дизельные топлива двух видов:

а) легкие топлива для быстроходных дизелей (фракции 200– 350 °С) с частотой вращения вала 800–1000 об/мин;

б) тяжелые высоковязкие топлива для тихоходных средне- и ма- лооборотистых дизелей с частотой вращения вала 600– 700 об/мин (применяются тяжелые соляровые дистилляты, мазуты, отбензиненные нефти).

Выпускаются следующие марки дизельного топлива: а) для быстроходных дизелей:

А – арктическое (применяется при температуре окружающего воздуха до минус 50 °С); З – зимнее (применяется при температуре окружающего воздуха до минус 20 °С);

Л – летнее (применяется при температуре окружающего воздуха до 0 °С).

103

Помимо названных, вырабатывают экспортное дизтопливо (со- держание серы не более 0,2 %) и экологически чистое дизтопливо (содержание серы не более 0,1 % либо 0,05 %);

б) для тихоходных дизелей – марки ДТ и ДМ.

Полнота сгорания топлива и экономичность в большой степени зависят от его фракционного состава. В связи с этим он различен для быстроходных и тихоходных дизелей, т.к. зависит от условий экс- плуатации двигателя и его конструктивных особенностей.

К важнейшим характеристикам дизельных топлив относятся также температура застывания и вязкость, что связанно с необходи- мостью обеспечить прокачиваемость топлива по системе питания двигателя (трубопроводы, фильтры тонкой очистки) и качественное распыление. Наиболее жестко нормируется температура застывания для арктического и зимнего дизтоплив (А – не более минус 55 °С, З – не более минус 35–45 °С, Л – не более минус 10 °С).

Вязкость (ν 20) установлена на уровне 3–6 мм2/с для марки Л. Для остальных марок вязкость еще ниже. Для тихоходных и малообороти- стых дизелей, где допускается подогрев топлива, ν 50 не более 36 мм2/с для марки ДТ и не более 150 мм2/с – для марки ДМ.

Содержание серы в дизельных топливах также нормируется. Оно не должно превышать 0,2–0,5 мас. % для топлив, применяемых в быстроходных дизелях, и не быть более 1,5 и 2 мас. % для дизель- ных топлив ДТ и ДМ соответственно при получении их из сернистых нефтей.

Процесс работы дизельного двигателя отличается от карбюра- торного. В дизельном двигателе первоначально в цилиндр всасывает- ся воздух, который сжимается до 35–50 ат, в результате чего темпера- тура поднимается до 500–700 °С. После этого в цилиндр впрыскива- ется топливо и в данных жестких условиях интенсивно окисляется и самовоспламеняется. При этом чем меньше временной период от момента впрыска до момента воспламенения (период задержки воспламенения), тем выше качество топлива.

Воспламеняемость дизтоплив оценивают специальным показа- телем – цетановым числом (ЦЧ). Этот показатель численно равен

104

процентному содержанию цетана (н-гексадекана (н-С16Н34)) в эталон- ной смеси с α -метилнафталином, самовоспламеняемость которой в стандартном двигателе при стандартных условиях эквивалентна са- мовоспламеняемости в тех же условиях испытуемого топлива.

В качестве эталона приняты цетан (за 100 пунктов ЦЧ) и α -ме- тилнафталин (за 0 пунктов).

Если рассматривать углеводородный состав дизельных топлив, то наибольшим цетановым числом обладают н-парафины, далее сле- дуют изопарафины, нафтены и ароматика – в порядке уменьшения склонности к окислению, а значит – самовоспламенению.

Существует 3 метода определения цетанового числа: а) по критической степени сжатия; б) по периоду запаздывания воспламенения; в) по совпадению вспышек.

Метод определения ЦЧ по критической степени сжатия подра-

зумевает определение минимальной степени сжатия, при которой двигатель работает на стандартном режиме без пропусков воспламе- нения или даёт не менее двух вспышек за 4 с. Пропуски воспламене- ния наблюдают по дымлению на выхлопе при открытом кране вы- хлопной трубы. Затем подбирают две смеси, имеющие аналогичные вспышки при меньшей и большей степени сжатия и, интерпретируя эти данные, определяют ЦЧ исходной смеси. Определение ЦЧ прово- дят на установке ИТ-9-3 – стандартном одноцилиндровом двигателе с переменной степенью сжатия.

Товарные дизельные топлива должны иметь ЦЧ в определенных оптимальных пределах – от 40 до 70. Вне этих пределов наблюдается неполное сгорание с соответствующей потерей мощности. Цетановое число топлив для быстроходных дизелей нормируется на уров- не 45 пунктов. Для дизельных топлив ДТ и ДМ оно не нормируется.

Кроме ЦЧ для оценки способности дизельных топлив к само- воспламенению используется ещё один показатель – дизельный ин- декс (ДИ). Он связывает воспламеняемость топлива с ρ 1515 и анилино-

вой точкой.

105

Анилиновая точка – это минимальная температура взаимного растворения определенных количеств анилина и топлива. Ее величи- на характеризует химсостав топлива – высокое содержание аромати- ки снижает анилиновую точку, тогда как присутствие н-парафинов повышает ее.

где tА – анилиновая точка, °С.

Цетановое число можно рассчитать и аналитически по углево- дородному составу дизтоплива:

где П, Н, А – содержание парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов соответственно, мас. %.

Предложены эмпирические формулы, позволяющие рассчи- тать ЦЧ и ДИ через вязкость, плотность и t50 кипения фракции.

Для повышения ЦЧ к дизельным топливам добавляют присадки (алкилнитраты, гидроперекиси), ускоряющие процесс предпламенно- го окисления топлива и его воспламенения. При введении 1,5–2 % этих присадок ЦЧ может повышаться на 15–20 пунктов. Однако чрезмерное добавление присадок приводит к снижению температуры вспышки и повышению коксуемости топлива.

3.2.4. Газотурбинные топлива

Данные топлива получают из дистиллятов прямой перегонки нефти, а также из мазутов и газойлевых фракций вторичных процес- сов переработки нефти.

106

Внастоящее время НПЗ вырабатывают две марки газотурбинных топлив: Б – обычное, А – для пиковых энергетических установок.

Кчислу важнейших характеристик, предъявляемых к этим топ- ливам, относятся:

а) содержание в нем ванадия, натрия, калия, серы, H2S; б) содержание водорастворимых кислот и щелочей.

Особенно жестко нормируется содержание ванадия и натрия. Это связанно, в первую очередь, с требованием отсутствия корродирующе- го воздействия со стороны топлива по отношению к металлу газовых турбин (оксид ванадия образует со сталью легкоплавкий сплав, кото- рый постепенно выносится с горячими газами, разрушая таким обра- зом детали турбины, причем присутствие натрия усиливает этот эф- фект). Содержание ванадия не должно превышать 0,00005 % (совмест- но с калием) для марки А и 0,0004 % – для марки Б; содержание натрия для марки А не более 0,0002 %.

Для снижения ванадиевой коррозии в газотурбинное топливо добавляют цинковые и магниевые присадки.

3.2.5.Котельные топлива

Вкачестве котельного топлива применяют крекинг-остатки, ма- зуты, гудроны, тяжелые высокосмолистые нефти. Используют эти то- плива для отопления транспортных и стационарных котельных, тех- нологических установок НПЗ, мартеновских печей и др.

Промышленностью выпускается котельное топливо следующих видов:

а) легкое – флотские мазуты (Ф5 и Ф12); б) среднее – топочный мазут 40; в) тяжелое – топочный мазут 100.

Косновным показателям, нормируемым для котельных топлив, относятся вязкость, температура вспышки, содержание серы, темпе- ратура застывания.

Вчастности, вязкость для флотских мазутов Ф5 и Ф12 не бо-

лее 5 и 12 °ВУ при 50 °С соответственно. Для топочных мазутов ВУ80 не более 8 и 16 °ВУ для топочных мазутов 40 и 100 соответственно.

107

Температура вспышки составляет не ниже 80 и 90 °С (в закры- том тигле) для марок Ф5 и Ф12 соответственно; не ниже 90 и 110 °С (в открытом тигле) – для топочных мазутов 40 и 100 соответственно.

Содержание серы для Ф5 – не более 2 % (сернистое сырье); для Ф12 – не более 0,6 %; для топочных мазутов 40 и 100 – до 3,5 %.

Температура застывания для лёгких топлив Ф5 и Ф12 должна быть не выше минус 5 и минус 8 °С соответственно; не выше 10 и 25 °С для топочных мазутов 40 и 100 соответственно. Но она может быть и выше – при получении топлива из парафинистых нефтей (25 и 42 °С для топочных мазутов 40 и 100 соответственно).

3.2.6. Растворители

Растворители, вырабатываемые нефтеперерабатывающей про- мышленностью, подразделяют на низкокипящие (бензиновые – Б), ко- торые выкипают при температуре до 150 °С, и высококипящие (керо- синовые – К), которые выкипают при температуре свыше 150 °С.

Взависимости от углеводородного состава сырья и технологии получения нефтяные растворители подразделяют на группы: П – па- рафиновые (содержат в своем составе более 50 мас. % парафинов нор- мального строения); И – изопарафиновые; Н – нафтеновые; А – арома- тические (содержат в своем составе более 50 мас. % соответствующих углеводородов) и С – смешанные (содержат не более 50 мас. % угле- водородов каждой из групп).

Взависимости от содержания ароматики группы углеводородов делят на подгруппы (кроме ароматической группы А) с 0 до 5. Содер- жание ароматики по подгруппам изменяется от 0,1 до 25–50 мас. %.

Вусловное обозначение растворителя входят следующие данные:

нефрас (нефтяной растворитель), далее группа, номер подгруппы и пределы выкипания, записанные через дробь (например: нефрас П-3- 30/80 – нефтяной растворитель, парафиновый, содержащий от 2,5 до 5,0 % ароматики (3 подгруппа) и выкипающий в пределах 30–80 °С).

Области применения растворителей:

– в резиновой промышленности;

108

–для технических целей;

–в лакокрасочной промышленности;

–экстракционные растворители;

–сольвенты нефтяные.

Кважнейшим эксплуатационным характеристикам растворите- лей относятся:

–способность растворять органические соединения;

–способность удалять органические загрязнения с поверхности металлов;

–способность быстро испаряться;

–способность к минимальному образованию своих отложений;

–коррозионная агрессивность;

–стабильность качества;

–токсичность.

3.2.7. Осветительные керосины

Осветительные керосины используются в лампах для освеще- ния, в связи с чем к ним предъявляются специфические требования, а именно: они должны легко подниматься по фитилю, давать яркое пламя, сгорать без копоти.

Основные марки осветительных керосинов – КО-30; КО-25; КО-20 (цифра обозначает высоту некоптящего пламени в мм).

Перечислим основные нормируемые требования для освети- тельных керосинов.

Высота некоптящего пламени – показатель, характеризующий осветительную и нагарообразовательную способность керосина. Наи- более предпочтительны в составе керосина парафиновые углеводоро- ды, а наименее – ароматические, т.к. они дают коптящее пламя. Сер- нистые и азотистые соединения также снижают качество керосина.

Температура помутнения – показатель, характеризующий спо- собность керосина работать при низкой температуре. Температура помутнения должна быть не выше минус 15 °С для марок КО-30 и КО-25 и не выше минус 12 °С для марки КО-20.

Содержание серы – показатель, характеризующий безопасность для человека с точки зрения выделения вредных веществ. Нормиру-

109

ется на уровне 0,02 %, 0,015 % и 0,1 % для марок КО-30, КО-25 и КО-20 соответственно.

Фракционный состав – характеризует пожаробезопасность ке- росина. Нормируется через количество топлива (в об. %), которое пе- регоняется до температуры 200 °С (до 270 °С для марки КО-20) – 25, 50 и 80 об. % для марок КО-30, КО-25 и КО-20 соответственно. Также нормируется температура 98 % отгона (для марки КО-20) или tк.к (для марок КО-30 и КО-25) – 310, 280 и 290 °С соответственно.

3.2.8. Нефтяные масла

По химическому составу нефтяные масла представляют собой смеси высокомолекулярных парафиновых, ароматических, нафтено- вых углеводородов и асфальто-смолистых соединений.

По способу получения нефтяные масла можно разделить на дис- тиллятные, получаемые в виде боковых погонов в верхней части ва- куумной колонны при разгонке мазута, остаточные, получаемые из гудронов после их очистки от асфальто-смолистых веществ, и сме- шанные (дистиллятно-остаточные).

По методу очистки масла можно подразделить на масла щелоч- ной, кислотной, кислотно-щелочной очистки, контактной очистки (отбеливающими землями), селективной очистки (избирательными растворителями), адсорбционной очистки, гидроочистки (на катали- заторе в присутствии водорода).

По своему назначению нефтяные масла делятся на:

–смазочные, которые в свою очередь подразделяются на мотор- ные (для двигателей внутреннего сгорания) и индустриальные (для промышленного оборудования);

–специального назначения (применяются для специального оборудования или в специфических условиях).

3.2.8.1.Моторные смазочные масла

Внашей стране принята классификация моторных масел по ГОСТ 17479.1–85. Она основана на вязкости и эксплуатационных свойствах масел. Согласно данной классификации масла делятся на 8 классов (незагущенные масла) и на 4 класса (загущенные масла).

110