9.2. Нафта та основні способи її переробки. Класифікація, призначення, характеристика і маркування рідкого палива.

Рідке паливо одержують, головним чином, у результаті переробки нафти – єдиного рідкого пального, яке одержують з копалин. Нафта утворюється із залишків рослинних і тваринних мікроорганізмів на дні давніх морів і являє собою маслянисту рідину жовтого чи темно-коричневого, а іноді і чорного кольору, у залежності від її складу. Продуктами переробки нафти є високоефективні палива, мастильні і спеціальні олії, бітуми, парафін, сажа й ін. З продуктів нафтопереробки виробляють пластмаси, синтетичні волокна, каучук, барвники, миючі засоби, отруйні хімікати.

Нафта – це суміш великого числа вуглеводнів рівної молекулярної маси і хімічної побудови з домішкою сірчистих, азотних і смолистих речовин.

Нафта як паливо безпосередньо майже не використовується, а переробляється в товарні нафтопродукти. Перед переробкою нафту направляють у газовідокремлювачі і виділяють попутний нафтовий газ, а потім очищують від інших домішок: відокремлюють розчинені гази, воду, мінеральні солі, а також механічні домішки – пісок і глину.

Основними способами одержання нафтопродуктів є пряма перегонка і крекінг. У процесі прямої перегонки нафта розділяється на окремі легкі фракції в залежності від температури кипіння і конденсації.

Відносно невисокий відсоток виходу світлих нафтопродуктів, особливо бензину, при прямій перегонці нафти обумовив необхідність застосування крекінг-процесу, заснованого на розщепленні довгих молекул важких вуглеводнів на більш короткі молекули, які можуть кипіти при низькій температурі. Розрізняють термічний (високотемпературний) і каталітичний крекінг.

Нафтове паливо за призначенням підрозділяється на дві основні групи: моторне, або світле, що застосовується для спалювання в двигунах, і котельно-пальне (котельне, газотурбінне і побутове), яке використовується для топок парових котлів, промислових і побутових пічних установок.

Моторне паливо, залежить від виду двигуна, у свою чергу поділяється на карбюраторне і дизельне, що використовується в двигунах внутрішнього згорання, і паливо для повітряно-реактивних двигунів та ін. На рис. 9.1 і 9.2 показані основні види і марки моторних палив.

Бензин є одним з основних видів карбюраторного палива. Він являє собою суміш легких ароматичних, нафтенових і парафінованих вуглеводнів. До складу бензину входять вуглець (85%) і водень (близько 15%), а також кисень, азот та сірка. Бензин – безбарвна чи трохи жовтувата рідина з характерним запахом, щільністю 0,7 – 0,8 г/см. Температура його спалаху нижче – 40۫ С, застигання – нижче – 60 ۫ С. Бензин застосовується також як розчинник жирів, смол і інших матеріалів. Основну частину бензину одержують прямою перегонкою і каталітичним крекінгом. Властивості автомобільних бензинів характеризуються теплотою згорання, детонаційною стійкістю, фракційним складом, хімічною стабільністю, вмістом сірки й інших шкідливих домішок.

Здатність палива протистояти детонаційному згоранню називається детонаційною стійкістю і характеризується октановим числом. Чим вище октанове число, тим більше може бути стиснута в циліндрі пальна суміш.

Як еталонне паливо прийнята суміш двох вуглеводнів: ізооктану (С8Н12), що володіє високими антидетонаційними властивостями, і нормального гептану (С7Н16), що легко детонує. Октановим числом називається умовна одиниця, чисельно рівна відсотку озооктану в суміші, що складається з ізооктану і нормального гептану та рівноцінна за своїми антидетонаційними властивостями даному паливу.

Октанове число ізооктану приймається за 100, а нормального гептану за 0 . Так, якщо бензин детонує при роботі суміші, яка складається із 76% ізооктану і 24% нормального гептану, то октанове число такого бензину дорівнює 76.

Моторне паливо
Карбюраторне	Дизельне		Реактивне
	Легке	Важке	Для двигунів
- А-66 - А-72 - А-76 - АИ-93 - АИ-98 - “Екстра”	- ДА - ДЗ - ДЛ - ДС - ТЗ - ТЛ	- ДТ - ДМ	з дозвуковою швидкістю	понадзвуковою швидкістю
			- Т - 1 - ТС – 1 - Т - 2	- Т - 5 - Т – 6 - Т - 8

Рис. 9.1. Види і марки моторного палива

Моторне паливо
Карбюраторне	Дизельне
Висока температура згорання Випаровуваність Детонаційна стійкість Корозійна стійкість Хімічна стабільність Низька температура замерзання Вміст соди, механічних домішок водорозчинних кислот, лугів та сірки	Температура помутніння і застигання В’язкість Фракційний склад Запальність Коксівність Щільність Зольність Вміст механічних домішок, кислот, лугів та води

Рис. 9.2. Характеристики моторних палив.

Маркування: промисловість випускає автомобільні бензини марок А-72, А-76, АИ-93, АИ-98. У марці бензину буква «А» показує, що він автомобільний, а цифра – мінімальне октанове число. У бензинах А-72 і А-76 октанове число (72 і 76) установлено моторним методом, а в бензинах АИ-93 і АИ-98 друга буква «И» показує, що октанове число (93 і 98) установлено дослідницьким методом. Для підвищення детонаційної стійкості в бензини вводять антидетонатори (тетраетил свинцеві рідини – ТЕС), які дуже отруйні, хімічно активні Такі бензини називаються етилованими. Вони забарвлюються. Бензин А-72 випускається не етилованим: А-76 забарвлюються в жовтий колір, АИ-73 – в оранжево-червоний і АИ-98 – в синій. Усі бензини, крім АИ-98, поділяються на літні, призначені для використання в період з 1 квітня по 1 жовтня, а в південних районах – протягом усього року, і зимові, які використовуються в період з 1 квітня по 1 жовтня, а в північних і північно-східних районах – протягом усього року.

Пальне для авіаційних двигунів, що експлуатуються в різних режимах: звичайному (крейсерському) і форсованому (режимі злету літака), повинно зберігати свою стійкість як на бідних, так і на багатих сумішах. Детонаційна стійкість авіаційного бензину при роботі на бідній суміші оцінюється октановим числом, а при роботі на багатій суміші – сортністю. Сортністю бензину називається число, що показує, яку потужність може розвивати двигун на випробному паливі в порівнянні з ізооктаном, сортність якого прийнята за 100. Наприклад, Б-95/130, Б-100/130.

Фракційний склад є важливим показником якості бензину та його випаровуваності, тобто здатності переходити з рідкого в газоподібний стан. Від випаровуваності палива залежить утворення пальної суміші, тривалість прогріву і легкість пуску двигуна.

Промисловістю випускаються сезонні (літні і зимові) автомобільні бензини. Для бензину зимового виду температура википання 10% палива має бути не більше 55۫ С, а літнього виду – не більше 70۫ С.

Хімічна стабільність характеризується стійкістю бензину до окислювання, смоло- і нагароутворення та інших хімічних змін у двигуні, залежить від фракційного складу і вмісту смол та смолоутворюючих речовин.

Вміст смол установлюється спеціальними стандартами і для різних марок бензину не повинен перевищувати 7-15мг/100мл.

Хімічна стабільність виражається тривалістю індукційного періоду – часу штучного окислювання бензину в спеціальній лабораторній установці і визначається в атмосфері чистого кисню при тиску 0,7Мпа і температурі 100С.

Для підвищення хімічної стійкості в паливо додають антиокислювачі (деревносмольний, детонафтал й ін.), що підвищують індукційний період окислювання бензину.

Наявність сірки викликає корозію робочих органів двигуна і знижує детонаційну стійкість палива, сприяє утворенню смоли. Чим менший вміст сірки в бензині, тим вища його якість. Наявність сірки визначають випробуванням бензину на корозію відполірованої пластинки з чистої міді. У залежності від марки бензину вміст сірки не повинен бути більше 0,10 – 0,15%.