Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: Археология Биология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Техника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ? Влияние общества на человека Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления	Главная Избранные Случайная статья Познавательные Новые добавления Обратная связь FAQ Тема 1. Виды, состав и свойства топлив ⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 16Следующая ⇒   1.1 Классификация и общий состав топлив По определению Д.И. Менделеева, «топливом называется горючее вещество, умышленно сжигаемое для получения теплоты». Топливо должно отвечать следующим основным требованиям: при сгорании выделять возможно большее количество теплоты, сравнительно легко воспламеняться и развивать высокую температуру, быть широко распространенным в природе, доступным для разработки, дешевым при использовании, сохранять свои свойства во время хранения. Очень важно, чтобы в процессе сгорания топлива не выделялись компоненты, представляющие опасность для окружающей среды. Этим требованиям наиболее полно отвечают вещества органического происхождения: нефть, природные газы, ископаемые угли, дрова, горючие сланцы, торф (табл.1).   Таблица 1 Общая классификация топлив   Агрегатное состояние Происхождение топлива
Естественное	Искусственное
Жидкое	Нефть	Бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, спирт, бензол, смолы (каменноугольная, торфяная, сланцевая)
Газообраз- ное	Природный и нефтепромысловый	Генераторный, водяной, светильный, коксовый, полукоксовый, доменный, нефтеперерабатывающих заводов газы
Твердое	Ископаемые угли, горючие сланцы, торф, дрова	Каменноугольные кокс и полукокс, брикетированное и пылевидное топливо, древесный уголь

 

Топливо состоит из горючей и негорючей частей. Горючая часть топлива представляет собой совокупность различных органических соединений, в которые входят углерод, водород, кислород, азот, сера. Негорючая часть (балласт) состоит из минеральных примесей включающих золу и влагу.

Углерод С - основная горючая часть топлива. С увеличением его содержания тепловая ценность топлива повышается. Для различных топлив содержание углерода составляет от 50 до 97 %.

Водород Н является второй по значимости горючей составляющей топлива. Содержание водорода в топливе достигает 25%. Однако, при сгорании водорода выделяется в четыре раза больше теплоты, чем при сгорании углерода.

Кислород О, входящий в состав топлива, не горит и не выделяет теплоты, поэтому является внутренним балластом топлива. Его содержание в зависимости от вида топлива колеблется от 0,5 до 43 %.

Азот N не горит и является внутренним балластом топлива. Содержание его в жидком и твердом видах топлива не велико и составляет 0,5 - 1,5%.

Сера S, при сгорании которой выделяется определенное количество теплоты, является весьма нежелательной составной частью топлива, так как продукты его сгорания - сернистый SO₂ и серный SО₃ ангидриды вызывают сильную газовую или жидкостную коррозию металлических поверхностей. Содержание серы твердом топливе до 8 %, а в нефти от 0,1 до 4 %.

Зола А представляет собой негорючий твердый компонент, количество которого определяют после полного сгорания топлива. Она является нежелательной и даже вредной примесью, так как в ее присутствии усиливаются абразивные износы, усложняется эксплуатация различных агрегатов. Топливо с высоким содержанием золы имеет низкую теплоту сгорания и воспламенения.

Влага W является весьма нежелательной примесью топлива, так как, отбирая часть теплоты на испарение, снижает теплоту и температуру сгорания топлива, усложняет эксплуатацию установок (особенно в зимнее время), способствует коррозии.

Минеральные примеси (золу и влагу) принято подразделять на внешние и внутренние. Первые попадают в топливо из окружающей среды при его добыче, транспортировке или хранений, а вторые входят в его химический состав.

Топливо, которое поступает к потребителю в естественном состоянии, и содержит, кроме горючей части, золу и влагу, называется рабочим. Для определения сухой массы топлива его высушивают при температуре 105°С для удаления влаги.

Состав газообразных топлив весьма разнообразен: горючая часть его включает водород Н, окись углерода СО, метан СН₄ и другие газообразные углеводороды (CnHm) с числом углеводородных атомов до 4 включительно.

Тепловую ценность газообразного топлива представляют метан и более тяжелые углеводороды. Окись углерода при сгорании выделяет незначительное количество теплоты.

Балластную часть газообразных топлив составляют негорючие газы - азот N, углекислый СО₂ и сернистый SО₂, кислород О₂ и пары воды Н₂O.

 

1.2. Теплота сгорания топлива

Теплота сгорания топлива является его основной качественной характеристикой.

Для характеристики различных видов топлив служит удельная теплота сгорания, которая представляет собой количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы (кДж/кг) или объёма (кДж/м³) при нормальных условиях. Различают теплоту высшую Q_В и низшую Q_Н. В высшею теплоту сгорания топлива входит количество теплоты, которое может быть выделено при конденсации водяных паров, находящихся в продуктах сгорания, а в низшую теплоту это количество не входит.

Теплоту сгорания жидкого и твердого топлива вычисляют по формуле Д.И. Менделеева. Высшее рабочее удельное количество теплоты сгорания определяют            по формуле:

Q_B=339C+1256H-109(O-S).                                           (1)

 

Низшее рабочее удельное количество теплоты сгорания топлива определяется  выражением:

Q_H=Q_B-25(9H+W).                                                     (2)

 

В указанных формулах содержание химических элементов выражается в процентах.

Вычитаемое 25(9H+W) представляет собой удельное количество теплоты, которое затрачивается на превращение в пар влаги, выделяющейся при сгорании топлива.

Высшее объемное количество теплоты сгорания газообразного топлива в расчете

на сухую массу может быть определенно по формуле:

 

Q^Св=398СН₄+700С₂Н₆+995С₃Н₈+1285С₄Н₁₀+1575С₅Н₁₂+126,5СО+127,5Н₂+257Н₂S, (3)                                        

 

а ее низшее объемное количество:

 

Q^Сн=358СН₄+640С₂Н₆+915С₃Н₈+1190С₄Н₁₀+1465С₅Н₁₂+126,5СО++107,5Н₂+234Н₂S. (4)

                   

Теплоту сгорания определяют также опытным путем, сжигая определенное количество топлива в специальных приборах (калориметрах). Теплоту сгорания оценивают по повышению температуры воды в калориметре.

Для сравнения топлив введено понятие «условное топливо». За единицу такого топлива принято топливо, которое при полном сгорании 1 кг или 1м³ выделяет 29307,6 кДж. Чтобы перевести любое топливо в условное и потом сравнить его с другими, нужно теплоту сгорания данного топлива разделить на теплоту сгорания условного топлива.

Полученное число представляет собой калорийный (топливный) эквивалент данного топлива и показывает, во сколько раз реальное топливо выделяет больше или меньше теплоты по сравнению с условным (табл 2).

                                                                                                                          

Таблица 2

Теплота сгорания и калорийные эквиваленты различных видов топлива

 

Вид топлива	Теплота сгорания, кДж/кг	Калорийный эквивалент
Условное топливо	29307	1,00
Антрацит	30230	1,03
Бурый уголь	14235	0,45
Нефть	41867	1,42
Мазут	41448	1,40

Для анализа топлива отбирают среднюю пробу в соответствии с требованиями специальных ГОСТ. У газообразного топлива среднюю пробу отбирают аспираторами. Пробы жидкого топлива берут специальными пробоотборниками при его приеме, отпуске, хранении из резервуара или бочки, при работе транспорта из топливного бака. Среднюю пробу приготавливают путем смешивания индивидуальных проб, число которых зависит от объема, формы и числа емкостей. Например, для горизонтального резервуара среднюю пробу определяют из индивидуальных проб, взятых с трех уровней: верхнего- с глубины 200 мм от поверхности нефтепродукта (1 часть), среднего - из середины объема (3 части) и нижнего- на расстоянии 250 - 300 мм от дна резервуара (1часть). Затем эти пробы сливают в одну емкость, хорошо перемешивают и отбирают среднюю пробу для исследования. Берут также пробу со дна резервуара для обнаружения воды. Уровень воды можно определить также, опуская в резервуар измерительную рейку, нижняя часть которой покрыта специальной водочувствительной пастой. По высоте растворения пасты судят об уровне воды в емкости.

 

1.3 Определение количества воздуха, необходимого для горения топлива

Горение - это химический процесс соединения горючего вещества и окислителя. Практически оно представляет собой окисление топлива кислородом воздуха. В результате горения выделяется определенное количество тепловой энергии и резко повышается температура. Характерной особенностью горения является высокая скорость протекания окислительных реакций, при которых выделяемая теплота не успевает рассеиваться.

Горение - сложный процесс, при котором химические реакции сопровождаются процессами тепломассообмена. Различают гомогенное, гетерогенное и взрывное горения. В первом случае топливо и окислитель находятся в газообразном состоянии, во втором вступающие в реакцию вещества находятся в различном агрегатном состоянии.

Процесс горения топлива может протекать как при недостатке, так и при избытке окислителя. Полное сгорание топлива происходит при таком стехиометрическом соотношении топлива и окислителя, которые соответствуют химическим реакциям полного окисления горючих элементов.

Количество кислорода, теоретически необходимое для сгорания 1 кг твердого или жидкого топлива может быть подсчитано на основании уравнений реакций окисления элементов горючей массы топлива. Углерод реагирует с кислородом по уравнению С+О₂=СО₂ (12 кг С+32 кг О₂= 44 кг СО₂), то есть для сгорания 1 кг углерода необходимо 32/12=2,67 кг кислорода.

Водород реагирует с кислородом в соответствии с уравнением 2Н₂+О₂=2Н₂О (4 кг Н₂+32 кг О₂ =36 кг Н₂О). Значит, для сгорания 1 кг водорода необходимо 32/4=8 кг кислорода.

Сера реагирует с кислородом по уравнению S+О₂=SO₂ (32 кг S+32 кг О₂=64 кг SО₂), то есть для сгорания 1 кг серы требуется 32/32=1 кг кислорода. Значит, для полного сгорания 1кгтоплива рассматриваемого элементного состава (в массовых процентах) потребуется кислорода (кг):

O₂ = (2,67C+8H+S-O)/100.                                           (5)

 

Предполагается, что содержащийся в топливе кислород полностью затрачивается

на горение. На практике при сжигании топлива подводится не чистый кислород, а воздух, в котором содержится лишь 23,2% кислорода по массе. В этом случае теоретически необходимое для полного сгорания 1кг топлива количество воздуха (кг) может быть определено по выражению:

                                   L_ТВ = (2,67С+8Н+S-О)/23,2.                                                   (6)

 

В случае, когда количество воздуха определяют в объемных единицах, то выражение (1.8) нужно разделить на плотность воздуха, равную 1,293 кг/м³ при нормальных условиях. Тогда теоретически необходимое количество воздуха(м ³) выразится так:

                                 L_ТВ= (2,67C+8H+S-O)/30.                                                       (7)

 

Теоретически необходимое количество воздуха (м³) для сжигания газообразного

топлива можно определить по известному объемному составу (%) газа:

 

                   L_ТВ = 0,0476[0,5(СО+Н₂)+2СН₄+1,5Н₂S+å (m+n/4)С_mН_n-O₂],            (8)

 

где m - число атомов углерода; n - число атомов водорода.

В реальных условиях невозможно добиться полного сгорания топлива при подаче теоретически необходимого количества воздуха. Поэтому в двигателях внутреннего сгорания подают несколько большее по сравнению с теоретической раскладкой количество воздуха. Действительное количество воздуха при сгорании топлива подсчитывают с учетом коэффициента избытка воздуха a

                                                     L_ДВ = L_ТВa.                                                               (9)

 

Коэффициентом избытка воздуха  называется отношение количества воздуха L_ДВ, действительно израсходованного на сгорание топлива, к количеству воздуха L_TB, теоретически необходимого для полного сгорания топлива. Значение коэффициента избытка воздуха зависит от вида топлива, условий сжигания, конструкции двигателя и может составлять 0,85 - 1,5. Снижение подачи воздуха по сравнению с оптимальной приводит к повышенному расходу топлива за счет неполного его сгорания. При чрезмерном увеличении подачи воздуха процесс сгорания также будет не оптимальным из-за потерь теплоты на нагревание избыточного воздуха и снижении температуры горения.

Температурой горения топлива называют температуру, которую приобретают газообразные продукты сгорания в результате действия теплоты, выделяемой в процессе горения. Практический интерес представляет действительная температура горения, которая ниже теоретической в связи с отдачей газами части теплоты поверхности нагрева, а также из-за неполного сгорания самого топлива.

Характер процесса горения определяют по составу продуктов сгорания топлив. Наличие в продуктах сгорания окиси углерода СО и водорода Н₂ указывает на неполное сгорание топлива. Анализируя состав продуктов сгорания, можно судить о характере процесса горения.

 

Тема 2. Общие сведения о получении топлива и смазочных материалов

2.1 Химический состав нефти и его влияние на свойства нефтепродуктов

Нефть представляет собой сложную смесь различных соединений углерода с водородом. В ней содержится 83 - 87% углерода; 11 - 14% водорода; 0,1 - 1,2% кислорода; 0,02 - 1,7% азота и 0,01 - 5,5% серы. По внешнему виду нефть - маслянистая жидкость от темно-коричневого до желтого цветов, плотностью 0,75 - 1,03 г/см^.3. Исходными веществами для образования этой жидкости послужили органические соединения, представляющие собой продукты распада растительных и животных организмов.

Основную массу вещества нефти составляют углеводороды 3-х главных групп: парафиновые (алканы), нафтеновые (цикланы) и ароматические (арены), которые как по количеству, так и по свойствам различаются для нефтей разного происхождения. Также в ней содержатся незначительные количества кислородных и азотистых соединений.

У парафиновых углеводородов общая эмпирическая формула С_nН_2n+2 объединяет газообразные углеводороды, начиная с метана СH₄, жидкие, начиная с пентана C₅H₁₂, и твердые (Н-парафины), начиная с гексадекана С₁₆Н₃₄. Газообразные и твердые углеводороды способны растворяться в жидких, из которых, могут вновь выделятся газообразные (при повышении температуру или увеличении давления) и твердые (при понижении температуры).

Молекулы парафиновых углеводородов имеют неразветвленные цепи атомов углерода. Сами углеводороды носят название нормальных. Указанные углеводороды устойчивы к реакциям окисления. Однако с увеличением температуры выше 250 -300°С окислительные процессы у Н- парафинов значительно интенсифицируются.

Кроме Н-парафинов, в нефтепродуктах находятся также изомерные углеводороды (И-парафины), которые имеют иное пространственное расположение атомов. И- парафины при умеренной температуре проявляют более высокую способность вступать в окислительные реакции, но с увеличением температуры эта способность

замедляется, и в области высоких температур И-парафины оказываются более стойкими, чем Н-парафины. Для обеспечения мягкой работы дизельного двигателя важны Н-парафины, а для создания высоких противодетонационных свойств бензинов для карбюраторных двигателей важное значение имеют И-парафины.

Парафиновые углеводороды имеют высокую температуру застывания, поэтому их присутствие в зимних сортах дизельных топлив и смазочных масел допускается в незначительных количествах. Общее содержание парафиновых углеводородов в нефти и продуктах ее переработки составляет около 50 - 60%, причем наиболее высокое их содержание приходится на фракции, выкипающие до 150°С.

Нафтеновые углеводороды имеют цикличное строение, поскольку в их молекулы

входят замкнутые кольца атомов углерода, соединенные между собой простыми валентными связями. В легких топливных фракциях нефти содержатся моноциклические нафтеновые углеводороды, молекулы которых включают в себя по одному кольцу из пяти или шести атомов углерода. Общая эмпирическая формула моноцикланов С_nН_2n. Представители моноцикланов - циклопентан C₅H₁₀ и циклогексан C₆H₁₂. У более сложных нафтеновых углеводородов в молекулы входят, кроме циклического ядра, одна или несколько боковых цепей, представляющих собой радикалы парафиновых цепных углеводородов. Имея одно и то же число атомов в молекулах, нафтены могут содержать большое количество изомерных структур, которые различаются между собой расположением и строением боковых цепей. Нафтеновые углеводороды в сравнении с парафиновыми при одинаковой молекулярной массе в области невысоких температур устойчивее к реакциям окисления, но несколько уступают алканам. При повышении температуры (около 400°С и выше) цикланы превосходят Н-парафины по стойкости к окислительным реакциям и приближаются к И-парафинам. Нафтеновые углеводороды обладают низкими температурами застывания, являются ценным компонентом зимних сортов топлив и масел. Хорошая устойчивость к окислению при высоких температурах делает эти углеводороды необходимой составной частью топлив для карбюраторных двигателей, улучшая их противодетонационные качества. Содержание нафтеновых углеводородов в нефти составляет 20 - 30% и может быть несколько большим.

Ароматические углеводороды (арены) имеют шестичленное циклическое ядро. Молекула ароматического углеводорода бензола имеет вид С₆Н₆. В легкие фракции нефтей и нефтепродуктов входят моноциклические углеводороды с общей эмпирической формулой C_nH_2n-₆, в составе которых одна или несколько боковых парафиновых цепей. Арены в зависимости от количества и расположения боковых цепей образуют изомерные соединения.

В более тяжелых фракциях наряду с вышеуказанными содержатся бициклические

и полициклические ароматические углеводороды, в молекулы которых входят несколько взаимоконденсированных колец или же кольца, соединенные между собой промежуточными цепями. Ароматические углеводороды обладают высокой термической устойчивостью к реакциям окисления, но вступают в реакцию замещения с сохранением бензольного ядра. Ароматические углеводороды обладают большей вязкостью, плотностью и температурой кипения в сравнении с цикланами и алканами при той же молекулярной массе. С понижением температуры вязкость аренов резко возрастает, что отрицательно сказывается на свойствах смазочных материалов. Ароматические углеводороды устойчивы к реакциям образования перекисей, что повышает противодетонационные свойства карбюраторных топлив. Арены вызывают увеличение периода задержки самовоспламенения дизельного топлива, что способствует жесткой работе дизельного двигателя. В нефти содержание ароматических углеводородов составляет 10 - 30%. Количество ароматических углеводородов возрастает по мере повышения температуры кипения отдельных фракций нефти, доходя до 30 - 35% во фракциях с температурой 250 - 300°С.

В процессе термической переработки нефти образуются также непредельные углеводороды, которые характеризуются наличием двойных или тройных связей между углеродными атомами. Наиболее часто встречаются в нефтепродуктах олефиновые углеводороды (алкены) со структурной формулой С_nН_2n с одной двойной связью (например, этилен С₂H₄). Распространены также и диолефиновые углеводороды (алкадиены) со структурной формулой С_nН_2n-2, которые имеют две двойные связи (бутадиен С₄H₆).

Наличие двойных связей в молекулах алкенов и алкaдиенов способствует их повышенной химической активности. Они легко окисляются и имеют склонность к

реакциям присоединения и уплотнения (полимеризации). Чем больше число двойных связей в молекуле и выше температура, тем интенсивнее протекает процесс окисления. В результате полимеризации образуются высокомолекулярные смолисто-асфальтовые вещества, из-за чего непредельные углеводороды в большинстве случаев нежелательны для моторного топлива и смазочных масел. Малая стабильность непредельных углеводородов является следствием смолообразования в топливе при хранении, особенно в крекинг-бензинах.

Органические кислоты - это соединения, содержащие кислород. Основными органическими кислотами, содержащимися в нефти и нефтепродуктах, являются нафтеновые кислоты, относящиеся к карбоновым кислотам. Нафтеновые кислоты не вызывают коррозию черных металлов, но с цветными металлами взаимодействуют интенсивно, образуя соли.

В результате окислительных процессов в нефтепродуктах образуются также оксикислоты, в молекулах которых, кроме карбоксильной, присутствует гидроксильная группа ОН.

Смолисто-асфальтовые вещества являются сложными соединениями углерода, водорода, кислорода, иногда серы. Они подразделяются на нефтяные смолы, асфальгены, карбены и карбоиды и кислые нефтяные смолы.

Нейтральные смолы - это полужидкие тягучие вещества, темно-желтого или коричневого цветов, обладающие сильной окрашивающей способностью. Плотность около 1,0 г/см³ . Элементный состав 80 - 85 % С, 10% Н, 5 - 10% О. Смолы легко растворяются в нефтепродуктах.

Асфальгены представляют собой темно-бурые или черные твердые вещества, также обладающие сильной окрашивающей способностью. Плотность их более 1 г/см³. В асфальгенах по сравнению со смолами несколько больше содержится углерода и меньше водорода. Они растворяются в тяжелых фракциях нефти (масляных) и нефтяных смолах, образуя коллоидные растворы. Асфальгены при нагревании выше 300°С разлагаются.

Карбены и карбоиды, образующиеся из асфальгенов, по мере их уплотнения имеют более темный цвет. Они трудно растворимы.

Кислые нефтяные смолы (асфальгеновые кислоты и их ангидриды) – это полутвердые или твердые вещества с плотностью более 1 г/см³ нерастворимые в бензине. Они образуются в результате окислительной полимеризации и конденсации продуктов окисления углеводородов (кислот, оксикислот).

Сернистые соединения образуются на основе серы, содержащейся в нефти и нефтепродуктах, могут быть в свободном или связанном видах. По влиянию на металлы сернистые соединения подразделяются на две группы: активные, непосредственно вступающие в реакцию с металлами (сероводород H₂S, сера S, различные меркаптаны) и нейтральные, которые не действуют на металл (сульфиды). Наличие активных сернистых соединений в нефтепродуктах не допускается. Для топлив все сернистые соединения весьма нежелательны, так как в процессе сгорания образуются сернистый и серный газы, при растворении которых в воде образуются кислоты, вызывающие интенсивную коррозию деталей двигателя.

Азотистые соединения содержатся в нефти в незначительном количестве (до 0,3%) и практически могут быть удалены при очистке нефтепродуктов.   

Кроме рассмотренных соединений, также существуют минеральные примеси (обычно в виде различных солей нафтеновых кислот) и вода, которые легко удаляются при отстаивании.

 

2.2 Получение топлива и смазочных масел для ДВС

Жидкое топливо производится преимущественно двумя способами: физическим и химическим. Первый протекает без нарушения структуры углеводородов, второй с изменением ее.

Физический способ или прямая перегонка нефти представляет собой процесс разделения ее на отдельные фракции, отличающиеся температурой кипения. Для этого нефть нагревают в нефтеперегонных установках до температуры 300 - 380°С, а образовавшиеся пары отбирают и конденсируют по частям в колоннах. В результате перегонки получают топливные дистилляты и остаток, называемый мазутом, который может быть использован для химической переработки или получения смазочных масел. Легкокипящие фракции в паровой фазе достигают верха колонны и вместе с испарившимся оросителем отводятся из колонны в конденсатор - газоотделитель. Более тяжелые топливные фракции отводятся из колонны через холодильники и отбирают дистилляты: бензиновый – 40 - 200°С, керосиновый - 140 - 300°С, газойлевый – 230 - 330°С, соляровый – 280 - 380°С и в остатке мазут. Из мазута на перегонных установках аналогичным способом получают смазочные масла. Чтобы не произошло расщепление масляных углеводородов, их нагрев и испарение ведут в вакуумных трубчатых печах с применением перегретого пара. Это позволяет снизить температуру кипения углеводородов и избежать их расщепления. При разгонке

мазута на ректификационной колонне из более легкокипящих фракций получаются

маловязкие смазочные масла - легкие индустриальные, из высококипящих получают средние и тяжелые масла - индустриальные, машинные, моторные, цилиндровые и др. Эти масла называют дистиллятными.

После отгона из мазута масляных дистиллятов в остатке получают гудрон, а при

менее глубоком отборе масляных фракций - полугудрон. Применяя глубокую обработку гудронов и полугудронов серной кислотой и очистку отбеливающими глинами, из них получают высоковязкие остаточные масла (главным образом авиационные).

Деструктивный (химический) способ переработки нефти позволяет получать из более тяжелых высокомолекулярных фракций светлые нефтепродукты и тем самым

существенно повысить выход светлых топлив (бензинов). Расщепление углеводородов с высокой молекулярной массой на углеводороды с меньшей молекулярной массой получило название крекинг - процесса. Принципиальная схема его

такова:

C_2nH_4n+2=C_nH_2n+2+C_nH_2n.                                           (10)

 

Крекинг-процесс, протекающий под действием теплоты, называется термическим, каталитическим - под действием теплоты и в присутствии катализатора.

Основными факторами термического крекинга являются температура, давление,

время процесса и состав сырья. При нагреве мазута до 400°С для получения 30% бензина необходимо около 12 часов, при нагревании до 500°С время процесса составляет лишь 30 секунд. Лучшим сырьем для крекинг-процесса являются высокомолекулярные Н-парафины. Непредельные углеводороды обладают большей стойкостью к реакциям расщепления. При крекинге нафтеновых углеводородов происходят отщепление и расщепление боковых цепей, крекинг ароматических углеводородов сопровождается разрывом колец.

В состав крекинг - бензинов входит большое количество непредельных углеводородов, а в бензинах прямой перегонки их почти нет. Поэтому крекинг-бензины нестойки при хранении. Для повышения стабильности в них добавляют специальные вещества - антиокислители, называемые стабилизаторами в сотых или тысячных долях процента. Если крекинг-процесс осуществляется при давлении 2 - 5 МПа и температуре 480 - 500° С, он называется жидкофазным крекингом, а при давлении 0,2 - 0,6 МПа и температуре 520 - 550°С и выше - парофазным. При последнем бензины более насыщены непредельными углеводородами и выход топлива ниже по сравнению с жидкофазным.

При каталитическом крекинге часть образующихся непредельных углеводородов превращается в предельные, а часть, в свою очередь переходит в изомерную форму. Вследствие этого качество бензинов каталитического крекинга более высокое. В качестве катализатора используют алюмосиликаты и другие вещества.

При каталитическом крекинге выход автомобильных бензинов составляет около 40 - 50%, фракции дизельного топлива – 30 - 40%, в то время как при прямой перегонке выход бензинов составляет лишь 9 - 12%, редко 20%.

К разновидностям крекинг-процесса относятся: риформинг, применяемый для улучшения качества нефтепродуктов путем понижения молекулярной массы углеводородов; деструктивная гидрогенизация - процесс, протекающий в присутствии водорода и катализатора при давлении 20 - 30 МПа, в результате чего происходит насыщение водородом продуктов расщепления; пиролиз, протекающий при температуре около 700°С с образованием ароматических углеводородов; гидроформинг, при котором происходит высокая ароматизация углеводородов (этот процесс протекает при температуре 480 - 530°С, давлении 2 - 3 МПа в присутствии водорода и катализаторов - оксидов молибдена, ванадия, хрома, нанесенных на оксиды алюминия, магния или другого вещества, при этом получают бензины высокого качества).

Для современных машин требуются масла более высокого качества, чем масла, полученные путем перегонки нефтяного мазута. К ним относятся синтетические масла, содержащие преимущественно парафиновые углеводороды. Широкое распространение получили полисилоксы - новые масла, которые называют также силиконами. Они представляют собой полимерные кремнийорганические соединения, обладающие устойчивостью к воздействию высоких температур, низкой температурой застывания и хорошими антикоррозионными свойствами. Смазывающая способность у них несколько хуже, чем нефтяных масел. Улучшить это качество можно добавлением соответствующих присадок.

Другой группой синтетических масел являются полиалкилгликоли, представляющие собой продукты конденсации двухатомных спиртов. Эти масла не образуют отложений на нагретых деталях, обладают хорошей смазывающей способностью и вязкостными свойствами, а также низкой температурой застывания (до -65⁰С). Из-за высокой стоимости такие масла не получили широкого распространения.

Для работы в агрессивных средах, а также в условиях высоких температур изготавливают фторуглеродные и хлоруглеродные масла. Недостаток их - резкое повышение вязкости при понижении температуры. Их используют при изготовлении специальных пластичных смазок и жидкостей для гидросистем.

 

2.3 Очистка топливных и масляных фракций

Для придания топливу необходимых эксплуатационных свойств его подвергают очистке с целью удаления вредных примесей и повышения стабильности. Существуют химические и физические методы очистки. В первом случае нежелательные соединения топлива вступают в химические реакции с реагентом, во втором - топливо очищают путем растворения нежелательных соединений или их адсорбции на поверхностно-активных веществах.

К химическим способам относятся очистка сернокислотная, щелочная, плюмбитами и хлоридами металлов, гидрогенизационная, к физическим - очистка селективными растворителями и различными адсорбентами.

Очистка топлива серной кислотой заключается в растворении различных сернистых соединений. Данный раствор называют кислым гудроном. При этом серная кислота не вступает в реакцию с парафиновыми, ароматическими и нафтеновымиуглеводородами. Топливо термического крекинга с большим содержанием непредельных углеводородов очищают плюмбитами и хлоридами металлов, так как при очистке серной кислотой непредельные углеводороды вступают с ней в реакцию. После такой очистки для удаления органических кислот, кислых эфиров, сульфокислот и остатков кислого гудрона очищаемое топливо обрабатывают водным раствором щелочи NaOH. Образующиеся при этом соли находятся в водном растворе щелочи, который отстаивают и сливают. Для полного удаления остатков солей топливо промывают водой и отстаивают.

Гидрогенизационная очистка является наиболее эффективным способом нейтрализации сернистых соединений и других вредных примесей. Очистку проводят в присутствии водорода и катализаторов (смеси оксидов хрома и молибдена) при давлении 1 - 4 МПа и температуре 375 - 415°С. Сернистые соединения в этих условиях под воздействием водорода переходят в газообразные продукты, которые легко удаляются.

Очистка отбеливающими землями (адсорбентами) основана на явлении адсорбции, т.е. избирательном поглощении определенных соединений, находящихся в очищаемом продукте. Адсорбентами служат алюмосиликаты. Их применяют при очистке бензинов термического крекинга от непредельных углеводородов. Пары топлива пропускают через определенный слой отбеливающей земли.

Масляные дистилляты после перегонки мазутов, содержат целый ряд нежелательных веществ, таких как смолисто - асфальтовые, органические кислоты, легко

окисляющиеся и полимеризирующиеся непредельные углеводороды, резко снижающие качество смазочных масел. Наиболее широко применяются следующие способы очистки масляных дистиллятов: кислотно-щелочные, кислотно-контактные, селективные, а также деасфальтизация и депарафинизация.

При кислотно-щелочной очистке смолистые вещества масляного дистиллята, взаимодействуя с серной кислотой, частично растворяются, частично уплотняются с образованием асфальгенов, которые переходят в кислый гудрон. После отстаивания и отделения кислого гудрона масло обрабатывают водным раствором щелочи NaOH. При этом нейтрализуются органические кислоты и остатки серной кислоты. Затем масло промывают водой для растворения и удаления солей. Далее, масло просушивают горячим воздухом.

Кислотно-контактная очистка отбеливающими глинами заключается в том, что

после очистки масла серной кислотой оно проходит контактную очистку отбеливающими глинами. При этом из масла адсорбируются нежелательные полярно - активные соединения, в том числе органические и сульфокислоты, остатки серной кислоты, кислого гудрона. Очистка отбеливающими глинами может быть контактной и перколяционной. В первом случае глину непосредственно перемешивают с очищаемым маслом, во втором - масло пропускают через слой гранулированного адсорбента при температуре 20 - 100°С. В качестве отбеливающих глин применяют природные - гумбрин и искусственные силикагель.

Селективная очистка заключается в обработке масла селективными (избирательными) растворителями, которые растворяют нежелательные элементы и не воздействуют на основные углеводороды. При последующем отстаивании смесь расслаивается на рафинатную часть (очищенное масло) и на экстрактную (смесь растворителя и вредных примесей). Экстрактную часть перегоняют, отогнанный растворитель может быть использован повторно.

На качество очистки оказывают большое влияние температура и количество взятого растворителя. Растворителями служат фурфурол, фенол, нитробензол, технический пропан. Процесс проводят при температуре 50 - 120°С.

Деасфальтизация применяется для дистиллятных масел с высоким содержанием смолисто - асфальтовых веществ. При деасфальтизации используют специальные растворители, в частности жидкий пропан. Под действием растворителя смолисто- асфальтовые вещества переходят в осадок, который после отстоя удаляют. Деасфальтизацию проводят при давлении 2,5 - 4,0 МПа и температуре 60 - 85°С. После деасфальтизации масляный дистиллят поступает на основную очистку.