Вопросы для самопроверки

1. Дайте определение понятию присадки.

2. Классификация присадок к топливам.

3. Классификация присадок к маслам.

4. Особенности производства присадок.

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.

Лекция №15 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.