книги / Технология глубокой переработки нефти и газа

Таблица 4.6

Требования к качеству реактивных топлив

151

широкое их использование в различных отраслях народного хо­ зяйства, преимущественно в энергетике (на стационарных и пе­ редвижных электрических станциях, газо- и нефтеперекачиваю ­ щих станциях) и некоторых видах транспорта (на речных и морс­ ких судах, железнодорожных локомотивах). Главный недостаток ГТД - сравнительно низкий КПД: 24 - 27 % против 40 % у дизеля. КПД стационарных ГТД можно повысить, если использовать от­ работавшие их газы для отопления или горячего водоснабжения.

Газотурбинные установки, как правило, работают на жидком углеводородном топливе утяжеленного фракционного состава, полученном при различны х процессах п ереработки нефти. Применение таких дешевых топлив позволяет снизить стоимость энергии, получаемой на ГТД, даже при повышенном расходе топлива.

К газотурбинным топливам предъявляются значительно менее жесткие требования к качеству по сравнению с реактивными топ­ ливами. Наиболее важное эксплуатационное требование к их ка-

152

Таблица 4.7

Требования к качеству газотурбинных и котельных топлив

честву - низкое содержание в них ванадия, натрия и калия, вызы­ вающих коррозию камер и лопаток газовых турбин. Исследовани­ ями было установлено, что топлива с низким содержанием корро­ зионно-активных металлов получаются на базе дистиллятных фрак­ ций прямой перегонки глубокообессоленной нефти, термического и каталитического крекинга и коксования с температурой конца кипения до 480 °С.

153

В нашей стране выпускается 2 марки газотурбинных топлив (табл. 4.7): А - для пиковых газотурбинных установок и Б - для судо­ вых и энергетических установок.

Фракционный состав для газотурбинных установок не нор­ мируется, однако он косвенно регулируется требованием по вязкости

иплотности. Условная вязкость при 50°С для топлива марки А нор­ мируется не более 1,6°ВУ, а для Б - 3°ВУ. Плотность при 20°С долж­ на быть не более 935 кг/м3. Содержание серы допускается до 2,5 и 1,8% для марок Б и А соответственно. Зольность для всех марок дол­ жна быть ниже 0,01%. Содержание ванадия нормируется не более 0,04 и 0,005% масс, для марок соответственно Б и А. Для этих марок регламентируется температура вспышки не ниже 65°С и температу­ ра застывания не выше 5°С.

Удовлетворение требований по зольности и содержанию ванадия, калия и натрия достигается обычно обессоливанием исходной нефти

иводной промывкой топлив. Эффективным средством борьбы с ва­ надиевой коррозией является и введение присадок на основе солей меди, цинка, магния, кобальта и т.д. Практическое применение по­ лучили присадки, содержащие магниевые соли синтетических жир­ ных кислот С19 - С20 и окисленного петролатума. Они снижают ин­ тенсивность ванадиевой коррозии в 4-10 раз за счет перевода низко­ плавкого оксида ванадия в высокоплавкий ванадат магния Mg3(V04)2.

4.4.2. Котельные топлива

В нашей стране котельные топлива являются наиболее массовым нефтепродуктом. Однако в связи с интенсивной газификацией ко­ тельных установок или переводом их на твердые виды топлива про­ изводство котельных топлив будет непрерывно сокращаться.

Паротурбинные установки эксплуатируются в различных об­ ластях техники, на электростанциях, морских и речных судах, в же­ лезнодорожном транспорте, в насосных и т.д. Топлива для топок су­ довых и стационарных котельных установок, а также для промыш­ ленных печей (мартеновских и других) получают смешением тяже­ лых фракций и нефтяных остатков, а также остатков переработки углей и сланцев. Наиболее широко применяют котельные топлива нефтяного происхождения. Качество котельных топлив нормирует-

154

ся следующими показателями: вязкость - показатель, позволяющий определить мероприятия, которые требуются для обеспечения сли­ ва, транспортировки и режима подачи топлива в топочное простран­ ство. От условий распыливания топлива зависит полнота испарения

исгорания топлива, КПД котла и расход горючего. Величина вязко­ сти топлива оценивается в зависимости от его марки при 50 и 80°С в °ВУ. Температура вспышки определяет условия обращения с топли­ вом при производстве, транспортировке, хранении и применении. Не рекомендуется разогревать топочные мазуты в открытых храни­ лищах до температуры вспышки. Основную массу котельных топ­ лив производят на основе остатков сернистых и высокосернистых нефтей. При сжигании сернистых топлив образуются окислы серы, которые вызывают интенсивную коррозию металлических поверх­ ностей труб, деталей котлов и, что недопустимо, загрязняют окру­ жающую среду. Для использования в технологических котельных установках, таких, как мартеновские печи, печи трубопрокатных и сталепрокатных станов и т.д., не допускается применение высоко­ сернистых котельных топлив.

Внашей стране выпускаются следующие марки котельных топ­ лив (см. табл. 4.7):

1)флотские мазуты марок Ф-5 и Ф-12. Ф-5 получают смешени­ ем мазута и гудрона сернистых нефтей с дистиллятными фракция­ ми прямой перегонки и вторичных процессов. Содержание серы в них допускается до 2%. Ф-12 представляет собой смесь дистиллят­ ных и остаточных продуктов переработки малосернистых нефтей. Содержание серы в нем допускается до 0,6%. Флотские мазуты Ф-5

иФ -12 различаются между собой по вязкости. Вязкость условная при 50°С для этих марок нормируется соответственно не более 5 и 12°ВУ;

2)топочные мазуты 40 и 100 - являются наиболее массовыми котельными топливами. Они предназначаются для всех котельных

инагревательных установок общего назначения. По содержанию серы выпускают топлива: малосернистые от 0,5 до 1,0%, сернистые - от 1,0 до 2 % и высокосернистые до 3,5 %;

3)топливо для мартеновских печей. Вырабатывают две марки: МП - малосернистое (до 0,5 %) и МПС - сернистое (до 1,5 %).

Отечественные котельные топлива, хотя по качеству пример­ но соответствуют зарубежным аналогам, однако недостаточно полно удовлетворяют потребностям по целому ряду показателей:

155

содержанию серы и механических примесей, зольности и темпе­ ратуре застывания высокопарафинистых мазутов. Отечественные котельные топлива по сравнению с зарубежными содержат зна­ чительное количество разбавителей - ценных дизельных фрак­ ций, что обусловливается нехваткой мощностей висбрекинга, с одной стороны, и отсутствием депрессорных присадок - с другой. Во ВНИИ НП разработаны и испытаны весьма эффективные депрессорные присадки к мазутам на основе сополимеров этилена и винилацетата двух марок: ВЭС-407 и ВЭС-488. Однако до настоя­ щего времени их промышленное производство не организовано. Нашей промышленностью в недостаточных количествах (пример­ но на одну треть от потребности) производятся исключительно нужные для повышения качества котельных топлив присадки, такие, как детергентно-диспергирую щ ие (ВНИИ НП-102 для флотских мазутов), многофункциональные (ВНИИ НП-106 М для высокосернистых котельных топлив), антикоррозионные (Поли­ фен) и др.

4.5. Основные химмотологические требования к нефтяным маслам

Смазочные масла, применяемые практически во всех областях техники, в зависимости от назначения выполняют следующие ос­ новные функции: уменьшают коэффициент трения между трущи­ мися поверхностями, снижают интенсивность изнашивания, защи­ щают металлы от коррозии, охлаждают трущиеся детали, уплотня­ ют зазоры между сопряженными деталями, удаляют с трущихся по­ верхностей продукты изнашивания. Несмазочные масла служат ра­ бочими жидкостями в гидравлических передачах, электроизоля­ ционной средой в трансформаторах, конденсаторах, кабелях, мас­ ляных выключателях, используются для приготовления смазок, при­ садок и т.п.

В товарном ассортименте более 400 марок масел различного назна­ чения, однако широко распространено лишь ограниченное число марок.

По источнику сырья масла подразделяются на: дистиллятные, полученные из соответствующих масляных фракций вакуумной пе­ регонки мазута; остаточные, полученные из остатка вакуумной пе­

156

регонки мазута, т.е. из гудрона; компаундированные, полученные при смешении дистиллятного и остаточного компонентов; загущен­ ные, полученные введением в базовые масла загущающих полимер­ ных присадок (в марках масел обозначаются индексом «3»), По спо­ собу очистки различают масла кислотно-щелочной, кислотно-кон­ тактной, селективной и адсорбционной очистки и гидроочистки (или гидрокрекинга). Основное количество масел производят с использо­ ванием процессов селективной очистки и депарафинизации.

Основными показателями качества всех смазочных масел явля­ ются: вязкость и ее изменение с температурой (вязкостно-темпера­ турные свойства); температура застывания; устойчивость против окисления кислородом воздуха (химическая стабильность); смазоч­ ная способность; защитные и антикоррозионные свойства. Кроме того, к различным группам масел, например, несмазочных, в зави­ симости от назначения предъявляются специфические требования.

Масла должны обладать:

-оптимальными вязкостью и вязкостно-температурными свой­ ствами для облегчения запуска машин и механизмов при низких температурах окружающего воздуха, для снижения износа тру­ щихся деталей и уменьшения потерь мощности машин и механиз­ ма на трение;

-хорошими смазывающими свойствами для обеспечения надеж­ ной смазки на всех режимах работы машин и механизмов;

-хорошими моющими свойствами с целью снижения склоннос­ ти к образованию отложений на нагретых металлических по­ верхностях и в системе смазки;

-достаточной антиокислительной способностью, препят­ ствующей значительному изменению химического состава масла в процессе его работы;

-высокими противокоррозионными свойствами по отношению к конструкционным материалам, особенно цветным металлам и сплавам;

-удовлетворительными защитными свойствами для предо­ хранения металлов от атмосферной коррозии в период остановки ма­ шины и механизма;

-а также низкой испаряемостью, малой пенообразующей спо­ собностью и эмульгируемостью.

Масло не должно оказывать отрицательного воздействия на уп­ лотнительные материалы, подвергаться биоповреждениям, вызывать загрязнения окружающей среды и отличаться токсичностью.

157

Вязкость и вязкостно-температурные свойства масел зависят от их фракционного и химического состава. С повышением температу­ ры кипения масел их вязкость возрастает. Остаточные масла более вязкие, чем дистиллятные. Парафиновые углеводороды нормально­ го строения характеризуются наименьшей вязкостью. С разветвле­ нием цепи их вязкость возрастает. Циклические углеводороды зна­ чительно более вязкие, чем парафиновые. При одинаковой структу­ ре вязкость нафтенов выше, чем аренов. Наибольшую вязкость име­ ют смолисто-асфальтеновые вещества. Важнейшей характеристикой масел является изменение их вязкости с температурой, оценивае­ мой коэффициентом вязкости (отношение v50/v100) или индексом вяз­ кости (ИВ), вычисляемой по формуле

L - U

L - H

где L и Н - кинематическая вязкость при 50 или 100 °С эталон­ ных масел с индексом вязкости 0 и 100 соответственно;

U - кинематическая вязкость испытуемого масла при 50 или 100°С, сСт (мм2/с);

Р - поправка.

Значения L, Н и Р находят по специальным таблицам. Чем более полога температурная кривая вязкости (меньше коэффициент вяз­ кости), тем выше значение ИВ и более качественно масло (совре­ менные масла должны иметь ИВ не менее 90). Индекс вязкости, на­ ряду с температурой застывания, определяет интервал температур, в котором работоспособно масло. Всесезонные масла, например, име­ ют более высокие значения ИВ, чем летние или зимние. Наиболь­ шим ИВ обладают алканы нормального строения. Для циклических углеводородов характерно улучшение вязкостно-температурных свойств с уменьшением цикличности молекул и увеличением длины боковых цепей. Для получения высокоиндексных масел следует пол­ ностью удалять полициклические арены и нафтено-ароматические углеводороды с короткими боковыми цепями и смолисто-асфальте­ новые вещества.

Температура застывания масел зависит от содержания в них ту­ гоплавких углеводородов и прежде всего парафинов и церезинов. Выделяющиеся при низких температурах кристаллы твердых угле-

158

нодородов образуют пространственную структуру, что приводит к застыванию и потере подвижности масел. Поэтому из масел следует удалять, помимо низкоиндексных, и компоненты, ухудшающие их низкотемпературные свойства.

Химическая стабильность масел. В процессе длительной эксплу­ атации под воздействием кислорода воздуха образуются (особенно интенсивно при высоких температурах и каталитического влияния различных металлов) и накапливаются в маслах различные продук­ ты окисления и конденсации (оксикислоты, смолы, асфальтены, уг­ листые отложения, лаки и др.). которые ухудшают их эксплуатаци­ онные свойства.

Наилучшей химической стабильностью обладают малоциклич­ ные нафтено-ароматические и гибридные углеводороды с длинными алкильными цепями. Процесс окисления эффективно тормозится смолистыми веществами и некоторыми серосодержащими соедине­ ниями, содержание которых в маслах регулируется глубиной их очи­ стки. При углубленной очистке эксплуатационные свойства масел улучшают, добавляя в них антиокислительные и другие присадки.

Смазочная способность масел является важнейшей их характе­ ристикой в условиях работы машин и механизмов при больших на­ грузках и малых скоростях. Она определяет способность масла со­ здавать на металлической поверхности весьма прочный, но очень тонкий смазочный слой толщиной всего лишь 0,1-1,1 мкм, т.е. 50 - 500 молекулярных слоев. Такой тип смазки получил название гра­ ничной смазки. Несмотря на ничтожно малую толщину такого слоя, износ материалов при граничной смазке уменьшается в тысячи раз по сравнению с сухим трением. Наилучшей смазочной способнос­ тью обладают смолисто-асфальтеновые вещества, некоторые высо­ комолекулярные сероорганические и кислородсодержащие соедине­ ния, которые, с точки зрения других эксплуатационных показате­ лей, в маслах нежелательны и подлежат удалению. Поэтому для улуч­ шения смазочной способности в масла вводят специальные поверх­ ностно-активные присадки.

Защитные и антикоррозионные свойств масел обусловливаются способностью их вытеснять воду с поверхности металла, удерживать ее в объеме смазочного материала и образовывать на нем прочные адсорбционные и хемосорбционные пленки, препятствующие разви­ тию коррозионных процессов. Базовые нефтяные масла не способны

159

длительно защищать металлы от коррозии. Их защитные свойства улучшают введением небольших количеств ингибиторов коррозии.

-/.5.7. М оторные масла

Моторные масла предназначены, как уже отмечалось, для смаз­ ки двигателей различных систем. Доля их в общем объеме производ­ ства масел составляет: в мире 50 %, в бывшем СССР - 60 %.

Стремление форсировать ДВС значительно повысило требова­ ния к качеству моторных масел, работающих на высокотемператур­ ном режиме.

Отечественные товарные моторные масла в соответствии с ГОСТ 17479-72 обозначаются при маркировке буквой М с указанием клас­ са вязкости (по значению v100) и группы по эксплуатационным свой­ ствам буквами А,Б,В,Г,Д и Е с индексом 1 или 2, означающим при­ менимость их соответственно к карбюраторным или дизельным дви­ гателям. В зависимости от жесткости (форсированное™) работы ДВС масла дифференцируют на следующие группы: А - для нефорсиро­ ванных двигателей, Б - малофорсированных, В - среднефорсирован­ ных, Г - высокофорсированных карбюраторных и дизельных двига­ телей, Д - для высокофорсированных дизелей, работающих в тяже­ лых условиях, Е - для малооборотных дизелей с лубрикаторной сис­ темой смазки. Например, М-10Г - это моторное масло для смазки вы­ сокофорсированных карбюраторных двигателей с вязкостью v10010±0,5 сСт; М-43/8В2 - масло предназначено для смазки среднефорсирован­ ных дизелей с вязкостью vloo8±0,5 сСт, содержит загущающие при­ садки. Основные характеристики наиболее распространенных ма­ рок масел приведены в табл. 4.8.

4.5.2. Трансмиссионные и осевые масла

Трансмиссионные масла используются для смазки агрегатов трансмиссий транспортных машин и промышленных редукторов.

Агрегаты трансмиссий транспортных машин предназначены для передачи мощности от двигателя к движителю (колесу, гусенице, гребному валу и т.д.). Они подразделяются на механические и гид­ равлические. Механическая трансмиссия состоит обычно из сцепле-

160