Приготовление товарных нефтепродуктов

 

Товарные масла получают смешением (компаундированием) базовых дистиллятных масел друг с другом или с остаточным компонентом. Высококачест­венные товарные масла приготовляют с обязательным введением присадок, чаще всего композиций присадок разного функционального действия. Смеше­ние (компаундирование) - один из важных процессов заключительной стадии производства товарных нефтепродуктов, включающий в себя разработку и ис­пользование наиболее эффективных технологических схем и систем управления, расчеты оптимальных рецептур смесей с учетом показателей свойств товарных масел и т. д. В зависимости от требований к качеству товарных масел, наличия необходимых компонентов, объема резервуарных парков и других технологи­ческих возможностей прозводства применяют разные методы смешения: пе­риодическое частичное смешение в трубопроводе и непрерывное смешение в трубопроводе. Периодическое смешение относится к числу старых методов и заключается в последовательной закачке базовых масел в резервуар и цирку­ляции смеси насосом до получения однородного по составу и свойствам про­дукта. При достижении необходимой вязкости масла в резеруар закачивают присадки и смесь прокачивают через подогреватель в течение 6-8 ч. Периоди­ческий способ смешения имеет низкую производительность и трудоемок. Его обычно используют на заводах, выпускающих ограниченный ассортимент то­варных масел. При частичном смешении в трубопровод одновременно вводят все компоненты товарных масел в необходимых соотношениях. Состав и свой­ства масел окончательно корректируют, добавляя необходимое количество компонентов. Такой метод смешения используют для приготовления масел, со­стоящих из небольшого числа компонентов довольно постоянного качества. Значительно эффективнее и экономичнее схема непрерывного смешения компонентов масел и присадок в трубопроводах с использованием автоматизированных станций смешения. В этом случае все компоненты подают в трубопровод в точно заданных соотношениях, и в любой момент в смесительном кол лекторе получают товарное масло требуемого качества. При этом обязательно используют автоматические анализаторы качества на потоках, на технологических трубопроводах устанавливают фильтры, газоотделители, измерители расхода и исполнительные устройства в соответствии с технологическими требованиями и заданными физико-химическими показателями товарных масел. Автоматическое смешение компонентов масел в трубопроводе обеспечивает не прерывность процесса компаундирования и позволяет снизить температур} время приготовления масел за счет исключения циркуляции, повысить точность дозировки компонентов, сократить расход дорогостоящих компонентов - присадок, а также электроэнергии, улучшить условия труда и с области требования техники безопасности. Эксплуатация автоматических станций смешения дает значительный экономический эффект, складывающийся из увеличения точности смешения и экономии дорогостоящих компонентов (60-70 %), ускорения оборачиваемости резервуаров (15-20%), сокращения резервуарного парка (10-15%), экономии электроэнергии (5-15%). Капитальные затраты окупаются через 1-2 года. Пропускная способность станций смешения при поступлении компонентов с технологических установок значительно ниже, чем при совмещении компонентов, поступающих из резервуаров. Для стабилизации расходов и качественных показателей компонентов, поступающих на смешение, между установками и узлом смешения часто вводят промежуточные резервуары небольшой емкости для хранения избытка компонентов или возмещения их недостатка. На многих заводах применяют станции смешения, представляющие собой комбинацию схем, сочетающие периодическое и непрерывное смешение масляных компонентов и присадок. Широко распространена схема смешения по базовому компоненту, т. е. Один или два основных компонента, принятые за базовые и составляющие основную часть товарного масла, подают непосредственно с технологических установок, а другие компоненты - из резервуаров. При такой схеме увеличивается гибкость узла смешения, значительно сокраща­ется резервуарный парк и упрощается нахождение оптимальных смесей.

Пла­стичные смазки представляют собой высокоструктурированные тиксотропные дисперсии твердых загустителей в жидкой среде. Они относятся к числу сма­зочных материалов, широко используемых в различных областях техники. Первый смазкой была колесная смазь, изготовленная из нефтяных остатков, за­гущенных кальциевыми мылами смоляных кислот. Всесторонние исследования смазок выявили их коллоидную природу, позволили научно обоснованно по­дойти к их производству и применению. Несмотря на сравнительно малые объе­мы производства по разнообразию областей применения смазки превосходят другие смазочные материалы. Смазки состоят из трех компонентов: 70-90% дисперсионной среды (жидкой основы); 10-13% дисперсной фазы (твердого за­густителя) и 1-15% добавок (модификаторов структуры, присадок и наполните­лей). В качестве дисперсионной среды используют преимущественно нефтяные масла, иногда - синтетические или их смеси с нефтяными маслами. Наиболее широко используют индустриальные масла средней вязкости. Синтетические масла (сложные эфиры, фтор- и хлорорганические жидкости) применяют, для приготовления смазок, используемых в высокоскоростных подшипниках, рабо­тающих в широком диапазоне температур. В связи с высокой стоимостью син­тетических масел, а также с целью улучшения их отдельных эксплуатационных свойств используют смеси синтетических и нефтяных масел. Загустителями яв­ляются металлические мыла (соли высокомолекулярных жирных кислот), твердые нефтяные углеводороды (церезины, петролатумы) и некоторые про­дукты неорганического (бентонит, силикагель) и органического (пигмены, са­жи, кристаллические полимеры, производные мочевины) происхождения. Наи­более распространенными загустителями являются мыло и твердые углеводо­роды. В зависимости от типа загустителя содержание его в смазках колеблется от 8 до 25% (масс). Для регулирования структуры и улучшения функциональ­ных свойств в смазки вводят добавки - наполнители и присадки. Наполнители — твердые высокодисперсные вещества, практически нерастворимые дисперсионной среде и всегда образующие в смазках самостоятельную фазу с частицами размером, значительно превосходящим размеры мыльных волокон.

Присадки в отличие от наполнителей почти всегда растворимы в дисперсионной среде и оказывают существенное влияние на структуру и реологические (объемно-механические) свойства смазок, что осложняет их применение по сравнению с маслами. Для улучшения свойств смазок применяют в основном те присадки, что и при производстве нефтяных масел; основными являются анти окислительные, противозадирные и противоизносные, ингибиторы коррозии. Смазки классифицируют по составу и назначению. Поскольку определяющее влияние на структуру и свойства смазок оказывают загустители, по тип загустителя положен в основу классификации смазок по составу. По типу загусти­теля смазки подразделяют на мыльные, углеводородные и смазки на неоргани­ческих загустителях. Мыльные смазки, в зависимости от состава загустителе делятся на обычные мыльные смазки, смазки на комплексных (в состав загус­тителя входят соли низко- и высокомолекулярных кислот) и смешанных (в со­став загустителя входят соли различных металлов) мыльных загустителях. По типу катиона молекулы мыла смазки делят на кальциевые, натриевые, литие­вые, бариевые, алюминиевые и т. д. В зависимости от состава жиров выделяют смазки на синтетических (фракции СЖК, получаемые окислением парафинов) и на природных (смеси гидрированных растительных и животных) жирах, а так­же на технических жирных кислотах.

По назначению смазки делят на анти­фракционные - для снижения трения и износа деталей машин и механизмов: консервационные - для защиты металлических изделий от коррозии; уплотнительные - для герметизации трущихся поверхностей, зазоров и щелей; спе­циальные -фракционные, приработочные, противообледенительные и т. д. Большая часть смазок относится, как по ассортименту, так и по объему произ­водства, к первым двум группам. Для приготовления антифрикционных смазок применяют в основном мыльные загустители; для консервационных — углево­дородные загустители. Нефтяные растворители широко используют при произ­водстве лаков, красок, эмалей, клеев и других продуктов. В качестве раствори­телей применяют, узкие прямогонные нефтяные фракции с температурой нача­ла кипения не ниже 70-80 °С. Это важно с точки зрения техники безопасности и минимальной токсичности растворителей. Низкая температура конца кипения (до 120 °С) позволяет легко отогнать растворитель или обеспечить высокую скорость его испарения при высыхании лака (резинового клея). НЛП выраба­тывает более 10 различных растворителей: бензин - БР - 1 («галоша»); Б - 2, экстракционный, для лакокрасочной промышленности (уайт-спирит); для про-мышленно - технических целей; петролейный эфир, а также продукты арома­тического ряда (бензол, толуол и т.д.)

Смазочно - охлаждающие жидкости (СОЖ) применяют для облегчения резания металлов, являющегося одним из распространенных и весьма трудоемких процессов в машиностроении. Процес­сы резания в зависимости от назначения, условий проведения, состава и свойств обрабатываемого металла существенно различаются скоростями (до 80 м/с), локальными температурами поверхностей трения (до 1700 °С) и контакт­ными давлениями (до 4000 МПа). Применение высококачественных СОЖ позволяет увеличить скорость резания и уменьшить износ дорогостоящего режу­щего инструмента. В настоящее время резание металлов осуществляется с применением масляных, водно-масляных и водных сред с добавками ПАВ, хи­мически активных присадок и твердых высокодисперсных порошков. Наибо­лее широко применяют водно-масляные СОЖ, эмульсии типа «масло в воде», а также водные растворы растворимых в воде масел с присадками (растворимые масла). Значительно реже, при резании труднообрабатываемых материалов, применяют нефтяные масла с композициями присадок.

Нефтяные пластифи­каторы. При производстве шин, резиновых технических изделий и полимер­ных материалов применяют различные по составу нефтяные продукты, выпол­няющие функции пластификаторов - наполнителей каучуков и умягчителей ре­зин. Пластификаторы - наполнители улучшают пластические свойства каучу­ков и значительно удешевляют их. Вместе с тем по прочностным свойствам ре­зины на основе маслонаполненных каучуков уступают продуктам без добавок. Пластификаторы - умягчители улучшают обрабатываемость резиновых смесей, диспергирование частиц сажи и других наполнителей в резиновых смесях, низ­котемпературные свойства и удешевляют готовую продукцию. В качестве пла­стификаторов применяют нефтяные продукты, а также продукты переработки каменных углей и сланцев, вещества растительного происхождения и синтети­ческие (простые и сложные эфиры). В зависимости от назначения использу­ются нефтяные пластификаторы разного химического состава: от чистых пара­фине - нафтеновых углеводородов до высокоароматизированных продуктов.

Нефтяной кокс представляет собой твердый пористый продукт черного света, состоящий тугоплавких продуктов глубокого уплотнения нефтяных углеводо­родов (карбоидов) и смолисто - асфальтеновых веществ с незначительным со­держанием органических солей. Элементный состав кокса (%): 90-97 углерода, 2-8 водорода, остальное - сера, азот, кислород и зола, в состав которой входят металлы (ванадий, никель и т. д.). Кокс широко применяют в различных облас­тях народного хозяйства. Наибольшее количества кокса потребляет цветная металлургия, при производстве алюминия, для приготовления анодной массы и обожженных анодов алюминиевых электролизеров, графитированных электро­дов и углеграфитовых конструкционных изделий. Для получения нефтяных коксов используется раз­ное по составу сырье: тяжелые остатки переработки нефти - мазуты и гудроны, крекинг - остатки и тяжелые газойли каталитического крекинга, смолы пироли­за, асфальт с установок деасфальтизации и остаточные экстракты селективной очистки деасфальтизатов фенолом.

Технический углерод (сажа) представляет собой высокодисперсный продукт черного цвета, получаемый при высокотем­пературном (1200-2000 °С) разложении углеводородов. Основными элемента­ми сажи являются углерод (90-99 %), водород (0,3-0,5 %) и кислород (0,1-7 %), содержание которых колеблется в зависимости от состава сырья и технологии производства. В саже может содержаться также до 1,5 % серы и до 0,5 % золы. Получают сажу печным, канальным (или диффузионным) и термическим ме­тодами. Сажа образуется в результате процессов испарения и горения, газификации и термического разложения нефтяного сырья с последующим взаимодействием частиц сажи с газообразными продуктами реакций. Сырьем для произ­водства сажи являются в основном жидкие нефтепродукты, а также природные и попутные газы. Жидкое нефтяное сырье должно быть высокоароматизированным и выкипать в узких пределах: термические и каталитические газойли, экстракты, зеленое и антраценовое масла, пековый дистиллят и т.д. Основные показатели качества сажи - размер частиц (дисперсность, размеры и форма са­жевых агрегатов), структурность, удельная поверхность, адсорбционная спо­собность, содержание летучих, серы, посторонних включений, зольность и рН-водной суспензии. Для некоторых марок оценивают показатели тепло- и элек­трофизических свойств, содержание частиц кокса. Свойства сажи определяются составом сырья и способом производства. Выпускают более 20 марок сажи, ко­торые классифицируют: по способу производства; по составу сырья; по удель­ной поверхности; по степени структурности. Применяют сажу в основном для повышения прочности каучуков при производстве шин и резино-технических изделий, в качестве пигмента в полиграфической и лакокрасочной промышлен­ности, в производстве взрывчатых веществ, копировальной бумаги, пластинок (музыкальных дисков), изоляционных материалов, карандашей и т.д.

Нефтя­ные битумы представляют собой жидкие, полутвердые или твердые нефтепро­дукты, вырабатываемые из гудронов, концентратов, крекинг-остатков и некото­рых тяжелых побочных продуктов, получаемых при выработке нефтяных масел. Битумы широко применяют в дорожном строительстве, в качестве водоне­проницаемого и связывающего материала, для защиты от воды при строитель­стве гидротехнических сооружений; при производстве кровельных материалов (лаков и мастик) и противокоррозионных покрытий. По областям применения битумы делятся на дорожные, строительные и специальные; по способу производства - на остаточные, окисленные и компаундированные. Элементный состав битумов: 80-85 % углерода; 8-11,5 % водорода; 0,2-4 % ки­слорода; 0,5-7 % серы; 0,2-0,5 % азота; а также металлы (никель, ванадий, желе­зо, натрий). Они представляют собой сложную коллоидную систему, состоящую из асфальтенов, высокомолекулярных смол и масел: асфальтены придают твер­дость и высокую температуру размягчения; смолы повышают цементирующие свойства и эластичность; масла являются разжижающей средой, в которой рас­творяются смолы и набухают асфальтены. Различают три основных способа производства нефтяных остатков перегонкой их в вакууме в присутствии водя­ного пара или инертного газа (остаточные битумы); окисление кислородом воз­духа тяжелых нефтяных остатков-гудронов, полугудронов, высокомолекуляр­ных экстрактов и крекинг-остатков (окисленные битумы); компаундирование (смешение) различных нефтяных остатков с высококипящими дистиллятами и окисленными или остаточными битумами (компаундированные битумы).

Нефтяные парафины представляют собой продукты белого или желтого цве­та, состоящие преимущественно из парафиновых углеводородов нормального строения. По температуре плавления различают парафины жидкие (< 27 °С) и твердые (28-70 °С); твердые парафины делятся на мягкие (28-45 °С); средне-плавкие (45-50°С) и твердые (50-65 °С). Очищенные парафины могут быть ма- товыми или прозрачными.. Матовость обусловлена оптической анизотропностью его кристаллов, а также трещинами между ними. Прозрачны обычно па­рафины узкого фракционного состава. При длительном хранении парафин ста­новится более прозрачным, что объясняется происходящей в нем рекристалли­зацией, сопровождающейся укрупнением кристаллов, в результате чего свето-рассеивание уменьшается. К эксплуатационным свойствам относятся твер­дость, механическая прочность, эластичность и т.д. Все они зависят от химиче­ского состава, вида связей между молекулами, их строения и плотности упа­ковки. При одинаковой температуре плавления парафины имеют большую твердость, чем церезины. Они при испытании в статических условиях имеют высокую механическую прочность, а в динамических условиях они хрупки. Церезины представляют собой кристаллические продукты от желтого до ко­ричневого цвета, в состав которых входят нафтеновые и ароматические углево­дороды с длинными алкильными цепями преимущественно изостроения, а так­же высокомолекулярные парафиновые углеводороды нормального и изострое­ния. Молекулярная масса церезинов составляет от 500 до 750. В отличие от па­рафинов церезины при равной молекулярной массе имеют более высокие тем­пературу плавления, вязкость и плотность; они менее тверды и более пластич­ны, чем парафины. Промышленностью вырабатывается широкий ассортимент нефтяных церезинов различного назначения. Часто парафины и церезины в чистом виде не удовлетворяют требованием потребителей по тем или иным свойствам. Необходимых качеств достигают при их смешении, получая компо­зиции для кондитерской и сыродельной промышленности. Церезины широко применяют в производстве пластичных смазок, вазелинов (смесь церезина и петролатума с нефтяным маслом); предметов бытовой химии (мастик, свечей, гуталинов); в качестве пропиточного и изоляционного материала в электро- и радиотехнической промышленности.

 

Вопросы для самопроверки

1. Сущность процесса компаундирования.

2. Преимущество непрерывного смешения.

3. Назначение пластических смазок.

4. Классификация смазок.

5. Что представляют собой наполнители?

 

Литература

1. Черножуков Н.И. Технология переработки нефти и газа. Часть III М., Химия,1982.

2. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа. Учебное пособие для вузов. Уфа, Гилем, 2002, 672 с.

ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ

Лабораторная работа №1