НЕФТЯНОЕ ТОВАРОВЕДЕНИЕ

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

топливом, детонационная стойкость которого известна. Октановое число на установках определяется двумя методами: моторным (по ГОСТ 511-82) и

исследовательским (по ГОСТ 8226-82).

Методы отличаются условиями проведения испытаний. Испытания по моторному методу проводят при более напряженном режиме работы одноцилиндровой установки, чем по исследовательскому. Поэтому октановое число, определенное моторным методом, обычно ниже октанового числа,

определенного исследовательским методом. Октановое число, полученное моторным методом в большей степени характеризует детонационную стойкость топлива при эксплуатации автомобиля в условиях повышенного теплового форсированного режима, октановое число, полученное исследовательским методом, больше характеризует бензин при работе на частичных нагрузках в условиях городской езды.

Детонационная стойкость автомобильных бензинов определяется их углеводородным составом. Наибольшей детонационной стойкостью обладают ароматические углеводороды. Самая низкая детонационная стойкость у парафиновых углеводородов нормального строения, причем она уменьшается с увеличением их молекулярной массы. Изопарафины и олефиновые углеводороды обладают более высокими антидетонационными свойствами по сравнению с нормальными парафинами. Увеличение степени разветвленности и снижение молекулярной массы повышает их детонационную стойкость. По детонационной стойкости нафтены превосходят парафиновые углеводороды, но уступают ароматическим углеводородам. Октановое число углеводородов снижается в следующем порядке:

ароматические >изопарафины > олефины > нафтены > н-парафины.

Разницу между октановыми числами бензина, определенными двумя методами, называют чувствительностью бензина. Наибольшую

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

чувствительность имеют олефиновые углеводороды. Чувствительность ароматических углеводородов несколько ниже. Для парафиновых углеводородов эта разница очень мала, а высокомолекулярные низкооктановые парафиновые углеводороды имеют отрицательную чувствительность. Соответственно более по чувствительности (9-12 ед.)

отличаются бензины каталитического крекинга и каталитического риформинга, содержащие непредельные и ароматические углеводороды.

Менее чувствительны (1-2 ед.) к режиму работы двигателя алкилбензин и прямогонные бензины, состоящие из парафиновых и изопарафиновых углеводородов.

Для повышения октановых чисел товарных бензинов используют также специальные антидетонационные присадки и высокооктановые компоненты

(этиловую жидкость, органические соединения марганца, железа,

ароматические амины, метил-третбутиловый эфир).

1. Гетероатомные соединения нефти - углеводороды, в состав молекул которых входят кислород, азот, сера, металлы. К ним относятся:

смолы, асфальтены, меркаптаны, сульфиды, дисульфиды, тиофены,

порфирины, фенолы, нафтеновые кислоты. Подавляющая часть гетероатомных соединений содержится в наиболее высокомолекулярных фракциях нефти, которые обычно называют "смолисто-асфальтеновыми веществами". На их долю приходится до 15%.

В нефти также содержатся в малых количествах неорганическая сера,

различные металлы и т.д.-

К гетероатомным соединениям нефти относят смолисто-асфальтеновые вещества. В них содержится до 88 % (масс.) углерода, 10 % (масс.) водорода и до 14 % (масс.) гетероатомов. Смолы и асфальтены не имеют четкой границы разделения, как и подвижная и неподвижная фазы угля. Считается,

что наиболее существенным отличием между ними является растворимость смол в углеводородах нефти и нерастворимость в них асфальтенов. При переходе от смол к асфальтенам увеличивается средняя молекулярная масса

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

их компонентов, возрастает доля ароматических, и снижается количество неароматических соединений. Смолисто-асфалътеновые вещества почти не отличаются от тяжелых остатков нефтепереработки, которые были рассмотрены в качестве сырья для получения углеродных материалов.

Смолисто-асфальтеновые вещества нефти как и пеки (нефтяные и каменноугольные) по растворимости в органических растворителях делятся на четыре группы: мальтены, асфальтены, карбены и карбоиды. При этом следует иметь в виду, что две последние группы, как правило, из сырой нефти практически не выделяются и обнаруживаются только в тяжелых фракциях нефтепереработки. По-видимому, карбены и карбоиды - это продукты термической конденсации компонентов исходной смолисто-

асфальтеновой фракции. Поэтому высокомолекулярные соединения мазутов и гудронов термической переработки считают вторичными, а смолисто-

асфальтеновые вещества природной нефти называют первичными или

"нативными".

нефть бензин реактивный топливо

3. Марки и основные показатели качества реактивных топлив

(авиационных керосинов)

Воздушно-реактивные двигатели (ВРД) в настоящее время являются основой гражданской и военной авиации. Эти двигатели работают на жидком углеводородном топливе, и носят название реактивные или авиационные.

Российская нефтепереработка по отечественным стандартам может производить 4 марки для дозвуковой авиации (Т-1, ТС-1, Т-2 и РТ) и одну для сверхзвуковой (Т-6). Требования к качеству определяются ГОСТами и техническими условиями (см. табл.)

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Таблица Требования к качеству реактивных топлив

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Топливо Т-1 - это прямогонная керосиновая фракция (150-280 °С)

малосернистых нефтей. Выпускают его в очень малых количествах. Т-2 -

топливо широкого фракционного состава (60-280 °С), признано резервным и в настоящее время не вырабатывается. Наиболее массовыми топливами для дозвуковой авиации являются ТС-1 и РТ. Топливо ТС-1 - прямогонная фракция 150-250 °С сернистых нефтей. Отличается от Т-1 более легким фракционным составом. Топливо РТ разработано взамен Т-1 и ТС-1. В

процессе его производства прямогонные дистилляты (135-280 °С)

подвергают гидроочистке. Для улучшения эксплуатационных свойств в топливо РТ вводят присадки противоизносные марки П (0,002-0,004 % масс.),

антиокислительную (ионол 0,003-0,004 % масс.), антистатические и антиво-

докристаллизирующие типа тетрагидрофурфурилового спирта (ТГФ).

Реактивное топливо для сверхзвуковой авиации Т-6 представляет собой глубокогидроочищенную утяжеленную керосино-газойлевую фракцию (195-

315 °С) прямой перегонки нефти. У топлива низкое содержание смол, серы,

ароматических углеводородов. Отечественные реактивные топлива по качеству не уступают зарубежным маркам Джета (А-1) и УР-5, а по некоторым показателям превосходят их.

Креактивным топливам предъявляются повышенные требования по качеству в силу специфики их применения.

Ктопливу для ВРД предъявляются следующие основные требования:

оно должно полностью испаряться, легко воспламеняться и быстро сгорать в двигателе без срыва и проскока пламени, не образуя паровых пробок в системе питания, нагара и других отложений в двигателе;

объемная теплота сгорания его должна быть возможно высокой;

оно должно легко прокачиваться по системе питания при любой и экстремальной температуре его эксплуатации;

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

топливо и продукты его сгорания не должны вызывать коррозии деталей двигателя;

оно должно быть стабильным и менее пожароопасным при хранении и применении.

Испаряемость - одно из важнейших эксплуатационных свойств реактивных топлив. Она характеризует скорость образования горючей смеси топлива и воздуха и тем самым влияет на полноту и стабильность сгорания и связанные с этим особенности работы ВРД: легкость запуска,

нагарообразование, дымление, теплонапряженность камеры сгорания, а

также надежность работы топливной системы.

Испаряемость реактивных топлив, как и автобензинов, оценивают фракционным составом и давлением насыщенных паров. Для реактивных топлив нормируются температура начала кипения, 10-, 50-, 90- и 98-

процентного выкипания фракции.

В ВРД нашли применение три типа различающихся по фракционному составу топлив. Первый тип реактивных топлив, который наиболее распространен, - это керосины с пределами выкипания 135-150 и 250-280 °С (отечественные топлива Т-1, ТС-1 и РТ, зарубежное - JR-5). Второй тип -

топливо широкого фракционного состава (60-280 °С), являющееся смесью бензиновой и керосиновой фракций (отечественное топливо Т-2, зарубежное

-JR-4). Третий тип - реактивное топливо для сверхзвуковых самолетов:

утяжеленная керосино-газойлевая фракция с пределами выкипания

195-315 °С (отечественное топливо Т-6, зарубежное JR-6).

Горючесть оценивается, прежде всего, удельной теплотой сгорания.

Удельная массовая теплота сгорания реактивного топлива колеблется в небольших пределах (10250-10300 ккал/кг), а удельная объемная -

существенно зависит от плотности топлива (которая изменяется в пределах от 755 для Т-2 до 840 кг/м3 для Т-6) Плотность топлива - весьма важный показатель, определяющий дальность полета, поэтому предпринимаются попытки получения топлив с максимально высокой плотностью.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Высота некоптящего пламени - косвенный показатель склонности топлива к нагарообразованию. Она зависит от содержания ароматических углеводородов и фракционного состава

Люминометрическое число характеризует интенсивность теплового излучения пламени при сгорании топлива; т. е. радиацию пламени является также косвенным показателем склонности топлива к нагарообразованию.

Склонность топлива к нагарообразованию в сильной степени зависит от содержания ароматических углеводородов. Нормируется для реактивных топлив следующее содержание ароматических углеводородов: Т-6 -≤10, Т-1 -

≤ 20, ТС-1, Т-2 - ≤ 22 и РТ - ≤ 18,5 % масс.

Воспламеняемость реактивных топлив обычно характеризуется концентрационными и температурными пределами воспламенения, самовоспламенения и температурой вспышки в закрытом тигле и др.

Прокачиваемость реактивных топлив оценивают следующими показателями: кинематической вязкостью, температурой начала кристаллизации, содержанием мыл нафтеновых смол и содержанием воды и механических примесей.

К важнейшим показателям качества реактивных топлив относятся также химическая и термоокислительная стабильность, коррозионная активность.

Задача №1

Определить количество н-бутана, которое требуется для достижения необходимого давления насыщенных паров (ДПР) при наличии смеси пяти бензиновых компонентов.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Варианты для расчета

Для всех вариантов требуемое значение ДПР равно 10 psi (0,7 атм).

Решение:

Для того чтобы определить количество бутана, которое требуется для достижения необходимого давления насыщенных паров, требуется произвести алгебраический расчет средневзвешенных значений. Давление насыщенного пара не вполне пропорционально объемным долям компонентов, но для нашей цели такой расчет дает вполне достаточную точность. Предположим, требуемое значение ДПР равно 10psi (0,7 атм) и

имеется смесь из пяти компонентов. Нужно рассчитать, сколько н-бутана следует добавить к этой смеси.

Чтобы получить величину ДПР, равную 10 psi (0,7 атм), следует добавить:

(19000 + х) = 60600 + 52х, + 10х = 60600 + 52х,

х+ 10х = -129400,

х= 3081 баррелей н-бутана.

Общее количество произведенного бензина составит 19000 + 3081 = 22081 баррель.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Ответ: V (н-бутана) = 3081 баррель

Задача №2

Рассчитать, какое количество алкилата необходимо добавить, чтобы получить товарный автомобильный бензин с моторным октановым числом (МОЧ) равным 80,0 и исследовательским октановым числом (ИОЧ) равным

89,0. Октановые характеристики алкилата: МОЧ - 95,0 и ИОЧ - 97,0.

Компоненты товарного бензина и их октановые характеристики:

*- V5 берется из предыдущей задачи (по результатам расчетов)

V1, V2, V3, V4 такие же, что и в предыдущей задаче (в соответствии с вариантом).

Решение:

Пример компаундирования по октановому числу

Рассчитаем МОЧ и ИОЧ для смеси из предыдущей задачи:

Средние значения октановых чисел для 22081 баррелей равны: МОЧ 77,5 и ИОЧ 84,2.

Теперь рассчитаем, сколько нужно добавить алкилата, чтобы получить требуемые МОЧ 80,0 и ИОЧ 89,0. Октановые числа алкилата составляют

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

МОЧ - 95,0 и ИОЧ - 97,0.

Чтобы 22081 баррелей бензина соответствовали нормативу по МОЧ,

нужно следующее количество алкилата:

• 77,5 + 95,0 Y = 80,0 (22081 + Y),= 3680,2 баррелей.

Для норматива по ИОЧ проделывается аналогичный расчет:

• 84,2 + 97,0 Y = 89,0 (22081 + Y),= 13248,6 баррелей.

Поскольку для соответствия нормативу по ИОЧ требуется больше алкилата, это и определяет действительную потребность, так как оба заданных октановых числа являются минимально допустимыми.