3. Эксплуатационные требования к топливам

Требования к бензинам:

1. Бесперебойно поступать в карбюратор или форсунку (давление парообразования).

2. Образовывать нормальную горючую смесь: часть бензина и 15 частей воздуха.

3. Сгорать без детонации (взрыва).

4. Не вызывать коррозию деталей.

5. Сгорать без образования нагара.

6. Иметь минимальную токсичность (вредность отработавших газов).

Требования к дизельным топливам:

1. Обеспечивать продвижение топлива к форсункам при любых отрицательных температурах.

2. Иметь оптимальное цетановое число (45–55), которое обеспечивает наилучшее сгорание топлива. Иметь вязкость 2–6 сСт, которая обеспечивает хорошее распыливание топлива и нормальную смазку плунжерных пар насоса высокого давления.

3. Обеспечивать мягкую (без стуков) работу двигателя.

4. Не содержать механических примесей (тонкость фильтрации 1–3 мкм).

В табл. 3.1 приведены свойства топлив, влияющих на прокачиваемость, смесеобразование, сгорание и хранение.

Таблица 3.1

Основные свойства топлив

Процессы	Физико – химические свойства топлив
Прокачиваемость	Вязкость, давление насыщенных паров, содержание воды, парафина и механических примесей
Смесеобразование	Испаряемость, фракционный состав
Сгорание	Углеводородный состав, октановое, цетановое числа, испаряемость, содержание серы и смол
Хранение	Температура застывания, кристаллизации, содержание воды, серы, смол и примесей

3.1. Способы повышения детонационной стойкости бензинов

Нефтепродукты первичной переработки нефти называют прямогонными.

Появление двигателей внутреннего сгорания привело к революции в нефтепереработке, т.к. потребовалось большое количество бензина.

Прямой перегонкой нефти можно получить только небольшое количество бензиновой фракции (15 – 20 % бензина с низким октановым числом ОЧ ≈ 60).), которая непосредственно, находится в нефти. Повышение выхода бензина из нефти достигают за счёт превращения тяжёлых углеводородов с большим числом углеродных атомов молекулы в более лёгкие, с температурой кипения в пределах бензиновой фракции. При этом повышается ОЧ

Процесс расщепления молекул тяжёлых углеводородов называют крекингом. Крекинг осуществляют путём нагрева обрабатываемого сырья до определённой температуры без доступа воздуха, без катализатора (термический крекинг) или в присутствии катализатора (каталитический крекинг)). Крекинг позволил увеличить выход бензиновых фракций из нефти до 50...60 % против 20...25 %, получаемых прямой перегонкой.

В процессе крекинга крупные молекулы расщепляются на мелкие. Термический крекинг происходит при давлении Р = 2 – 5 МПа и температуре t = 450 500 ℃. Выход высокооктанового бензина составляет примерно 50 %.

Вместе с расщеплением углеводородов при термическом крекинге протекают процессы синтеза и в результате создаются высокомолекулярные соединения, а также появляются отсутствующие в природной нефти химически неустойчивые непредельные углеводороды. Эти два фактора являются основным недостатком термического крекинга и причиной замены его другими процессами переработки нефти.

К таким процессам относится каталитический крекинг, который протекaeт при тех же температурах, что и термический крекинг, но при давлении, близком к атмосферному, и в присутствии катализатора. В качестве катализатора наибольшее распространение подучили твёрдые алюмосиликатные катализаторы, в состав которых входят окись кремния и окись алюминия. Основной реакцией каталитического крекинга также является расщепление сложных и больших молекул на более лёгкие с меньшим числом атомов углерода. Скорость расщепления значительно выше.

Гидрокрекинг (деструктивная гидрогенизация) - разновидность каталитического крекинга, проводимого в атмосфере водорода при давлении20...30 МПа и температуре 470...500 ℃. В этом процессе образующиеся непредельные углеводороды гидрируются и превращаются в предельные. Кроме того, имеющиеся в сырье сернистые и кислородные соединения, расщепляясь, реагируют с водородом с образованием сероводорода и воды. Сероводород отмывается слабощелочной водой. В результате можно получать высококачественное топливо из нефтяных остатков, углеводородных смол и других веществ.

Процесс крекинга протекает по следующей схеме:

И з гексадекана (С₁₆Н₃₄) образуется октан (С₈Н₁₈), из него бутан (С₄Н₁₀) и далее этилен (С₂Н₄).

Однако высокие требования к качеству бензина заставляют использовать специальные процессы, не дающие выхода бензина из нефти. В таких процессах сырье бензин и готовая продукция также бензин, но с лучшими экплуатационными качествами.

К таким процессам относится риформинг.

Термический риформинг не нашёл широкого применения, т.к. при этом удаётся резко улучшить эксплуатационные свойства бензина.

Наиболее перспективным является каталитический риформинг. Сущность его заключается в ароматизации бензиновых фракций в результате преобразования нафтеновых и парафиновых углеводородов в ароматические. Нафтеновые углеводороды теряют атом водорода и превращаются в ароматические (реакция ароматизации), парафиновые в результате реакции померизации (циклизации) также образуют ароматические углеводороды, отщепляя водород. Одновременно тяжёлые углеводороды расщепляются на более мелкие, образующиеся при этом непредельные углеводороды гидруются.

Основным катализатором является алюмоплатина - платины 0,1.. .1,0 %.

Этот катализатор позволяет осуществлять реформирование при температуре 460...510 ℃ и давлении 4,0 МПа без регенерации в течение нескольких месяцев. Процесс называется платформинг. Сырьё для платформинга обессеривают, т.к. платиновый катализатор «отравляется» сернистыми соединениями, содержащимися в бензинах прямой перегонки. Обессеривание производят гидроочисткой, используя водород, выделенный при реформировании бензина. Этот процесс выгоден и тем, что обеспечивает водородом процессы гидроочистки топлив и масел.

Вид топлива зависит от количества углерода в молекуле. Если углерода в молекуле до 4 – это газ, от 4 до 16 – жидкость, более 16 – масла, парафины, твёрдые вещества. Фракции бензинов выкипают при температуре от 40 до 200 ⁰С и содержат углеводороды от С₅Н₁₂ до С₁₁Н₂₄. Фракция лигроиновая выкипает при температуре от 150 до 250 ⁰С и содержит углеводороды от С₈Н₁₈ до С₁₄Н₃₀.