Состав и характеристики мазутов и газового топлива

Мазут – это горючая вязкая жидкость, горючее топливо. Представляет собой остаток после выделения из нефти или продуктов её вторичной переработки бензиновых, керосиновых и газойлевых фракций, выкипающих до 350-360 °С.

Мазут представляет собой остаток после выделения из нефти или продуктов её вторичной переработки бензиновых, керосиновых и газойлевых фракций, выкипающих до 350-360 °С. Также мазут получают из каменного угля и горючих сланцев, однако такое производство развито в небольших объёмах.

Основным показателем качества мазута при его маркировке является вязкость, определяющая условия заполнения и слива баков, цистерн, танкеров и других ёмкостей, транспортирования мазута по трубопроводам, подачи его в топочное пространство печей и т.д. Вязкость мазута оценивается в единицах условной вязкости (°УВ) и определяется отношением времени непрерывного истечения 200 мл мазута при заданной температуре к времени истечения такого же объёма дистиллированной воды при температуре 20 °С. Вязкость мазута зависит от температуры, плотности и смолистости. При низких температурах вязкость мазута значительно возрастает, поэтому слив его из ёмкостей и перекачка по трубопроводам могут проводиться только после предварительного подогрева топлива.

Плотность мазута колеблется в пределах 0,89-1,02 г/см³ и повышается с увеличением вязкости. Чем меньше плотность мазута, тем легче и быстрее отделяются от него вода и механические примеси [8].

Мазут обладает высокими загрязняющими свойствами. При сжигании мазута на открытом пространстве выделяется значительное количество чёрной копоти, которая наносит ущерб окружающей среде и токсична для человека.

 

 

Химический состав мазута:

Мазут по своему химическому составу представляет собой смесь различных углеводородных и неуглеводородных компонентов:

‒ углеводородов с молекулярной массой от 400 до 1000 г/моль,

‒ нефтяных смол с молекулярной массой от 500 до 3000 и более г/моль,

‒ асфальтенов,

‒ карбенов,

‒ карбоидов,

‒ органических соединений, содержащих металлы (ванадий V, никель Ni, железо Fe, магний Mg, натрий Na, кальций Ca) [8].

Физико-химические свойства мазута зависят от химического состава исходной нефти и степени её переработки – отгона дистиллятных фракций.

Ниже в табл. 3.1 приводится элементный состав мазута:

Таблица 3.1 – Элементарный состав мазута

Наименование химического элемента	Процентное содержание, %
Углерод С	83-87
Водород Н	10-12
Сера S	1-3,5
Азот и кислород N + О	0,2-1,9

 

Требования ГОСТ к физико-химическим показателям мазута: ГОСТом 10585-2013 «Топливо нефтяное. Мазут. Технические условия» установлены следующие требования к физико-химическим показателям мазута:

Таблица 3.2 – Физико-химические показатели мазута

Наименование показателя	Значение для марки
	Флотский Ф5	Топочный 40	Топочный 100
Вязкость кинематическая, мм^2/с не более:
При 50	36,2	-	-
При 80 ℃	-	59,00	-
При 100 ℃	-	-	50,00
Вязкость условная при 100 ℃, градусы ВУ, не более	-	-	6,8
Зольность, %, не более для мазута:
Малозольного	-	0,04	0,05
Зольного	0,05	0,12	0,14
Массовая доля механических примесей, %, не более:	0,10	0,5	1,0
Массовая доля воды, %, не более:	0,3	1,0	1,0
Массовая доля серы, %, не более:
	1,00	0,50	0,50
	1,50	1,00	1,00
		1,50	1,50
		2,00	2,00
		2,50	2,50
		3,00	3,00
		3,50	3,50
Плотность при 15 ℃, кг/м^3	958,3	Не нормируется

 

Таблица 3.3 – Физические свойства мазута. Температура застывания, вспышки, воспламенения и самовоспламенения мазута:

Наименование параметра:	Значение:
Цвет	тёмно-коричневый или чёрный
Запах	слабый запах нефти
Плотность мазута (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.), кг/м3	890-1020
Вязкость мазута (мм²/с (при 100 °C)	8-80
Температура застывания мазута*, °C	от -5 до 42 (в зависимости от марки)
Температура воспламенения мазута**, °C	от 91 до 155
Температура самовоспламенения мазута, °C	около 350
Температура вспышки мазута***, °C	от 80 до 112
Взрывоопасные концентрации смеси паров мазута с воздухом, % объёмных	от 1,4 до 8
Удельная теплота сгорания, МДж/кг	39,9-41,4

Примечание:

* – температура застывания – это температура, при которой нефтепродукт теряет подвижность в условиях испытания. Температурой застывания считают температуру, при которой уровень нефтепродукта в стандартной плоскодонной пробирке при её наклоне под 45° не меняет своего положения в течение 1 минуты;

** – температура воспламенения – это температура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что после воспламенения их от источника зажигания возникает устойчивое горение;

*** – температура вспышки называют такую температуру, при которой пары нефтепродукта образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней огня [8].

 

В газообразном топливе газовых месторождений преобладают метан СН₄ (80.98 %), тяжёлые уг­леводороды (этан, пропан, бутан и так далее), водород, сероводород, в небольших количествах кислород, азот, углекислый газ и водяные пары. Состав газообразного топлива даётся в процентах по объёму, а расчёты ведут исходя из единиц объёма сухого газа, взятого при нормальных условиях.

При окислении 1 м³ метана образуются углекислый газ, водяные пары и 36 МДж теплоты; этана – 63,8 МДж, пропана – 91,4 МДж, бутана – 120 МДж.

Природный газ не имеет цвета, запаха, вкуса, легче воздуха (плотность 0,75 кг/м³). Теплота сгора­ния 33,40 МДж/м³. Природный газ на человека действует удушающе, а смертельная доза – 25 % от объёма помещения. Температура воспламенения в воздухе – это температура, которую должен иметь газ или газовое топливо, чтобы начался самопроизвольный процесс горения за счёт выделения теплоты горящими частицами газа без подвода теплоты извне. Для метана температура воспламенения в воздухе 654.790 °С. При концентрации природного газа более 17 %  он огнеопасен [9].

Объёмное содержание горючего газа в газовоздушной смеси, ниже (или выше) которого пламя не может самопроизвольно распространяться в этой смеси при наличии или внесении в неё источника вы­сокой температуры, называется нижним (верхним) пределом воспламенения, или нижним (верхним) пределом взрываемости данного газа.

Для того чтобы своевременно обнаружить утечки, горючие газы подвергают одоризации, т. е. при­дают им резкий специфический запах. Газы одорируют после их очистки и осушки перед поступлением в магистральный газопровод в одоризационных установках при помощи одоранта – этилмеркаптана, в количестве 16 г на 1000 м3 природного газа. Одоризация считается эффективной, если наличие газа в воздухе может быть обнаружено при концентрации его, равной 1/5 от нижнего предела взрываемости. Это значит, что одоризация газа, имеющего нижний предел взрываемости 5 %, будет достаточной, если запах его хорошо ощутим в воздухе помещения при концентрации газа в нем 1 %. Основные требования к одоранту: должен мгновенно растворяться в газах и сгорать, не образовывая вредных для человека со­единений; не должен взаимодействовать с влагой и вызывать коррозию труб и оборудования [9].

Основные преимущества и недостатки газообразного топлива перед другими видами топлива:

‒ преимущества – легко транспортируется, не требует больших затрат физического труда (по срав­нению с твёрдым и жидким топливом), поддаётся автоматизированному процессу сжигания, не нужны складские помещения для хранения, хорошие санитарные условия на рабочем месте;

‒ недостатки - взрывоопасен (4,16 % от объёма помещения), пожароопасен (при 17 % и более), удушающе действует на человека, трудно обнаружить утечку.

Содержание вредных примесей регламентируется ГОСТ 5542-87:

1. сероводород S – не более 2 г на 100 м³ газа;

2. смола и пыль – не более 0,1 % на 100 м³, так как они приводят к закупоркам и отложениям на стенках труб, а пыль ухудшает процесс горения и приводит к засорению приборов;

3. нафталин – не более 10 г на 100 м³ летом и не более 5 г на 100 м³ газа зимой;

4. аммиак КН3 – не более 2 г на 100 м³, так как токсичен и коррозионно воздействует на медные сплавы;

5. влага нежелательна, так как увеличивает коррозию труб и арматуры, снижает теплоту сгорания, поэтому газ до подачи осушают специальными поглотителями; относительная влажность газа должна быть не более 60 % при самой низкой температуре в газопроводе.

Сжиженный газ имеет плотность 2,6 кг/м³ (т. е. тяжелее воздуха в 1,5 раза), теплоту сгорания 110,120 МДж/м³, предел взрываемости 1,5.9,5 % от объёма помещения (при наличии искры), темпе­ратуру вспышки 750.850 °С. Зимняя смесь состоит из 75 % пропана и 25 % бутана, летняя – 25 % про­пана и 75 % бутана. Одорант (этилмеркаптан) используется в количестве 40 г на 1000 м³ газа, для того чтобы ощутить запах при концентрации 0,5 % от объёма помещения.