книги из ГПНТБ / Суханов, В. П. Переработка нефти учебник

По м от орному м ет оду на одноцилиндровой установке ИТ9-2 или НТ9-2М (рис. 40) сопоставляют степени сжатия испытуемого бензина с эталонными на ра­ ботающем двигателе. Сущность метода заключается в том, что подбирают такую смесь изооктана и нормального гептана, которая при данных условиях детонирует

/ — пульт управления; 2 — топливный бачок; 3 — одноцилиндровый двигатель

При температурном методе интенсивность детонации измеряют на установке ИТ-9/5 температурной свечой (термопарой), которая находится в камере сгора­ ния. Чем интенсивнее детонация, тем сильнее нагреваются спаи термопары. Этот метод применяют только для оценки авиабензина 100/130.

Примерные значения октановых чисел бензинов, определенные различными методами, приводятся ниже.

71

Для оценки детонационной стойкости топлива при богатом составе рабочей смеси (по величине сортности) используют авиационный метод с наддувом, при котором для подачи смеси горючего с воздухом применяют более высокое давле­ ние. Сортностью называют процентное изменение мощности, развиваемой двига­ телем при работе на испытуемом топливе, по сравнению с мощностью, развивае­ мой нм при работе на техническом эталонном изоокгане (топливо ТЭИ), прини­ маемой за 100 (на двигателе IIT-9/1 — с наддувом).

Чем больше октановое число топлива, тем выше его детонационная стойкость. Повышение октанового числа топлива достигается увеличением содержания в нем ароматических углеводородов и парафиновых углеводородов изостроення, а так­ же уменьшением температуры конца кипения бензинов. Если эти меры не обеспе­ чивают получения бензина с нужным октановым числом, то в топливо добавляют антидетонатор ТЭС — тетраэтилсвинец P b ^ H s)* в смеси с выиоснтелямн (этило­ вая жидкость) и высокооктановые Добавки {изооктан, алкилаты и изомеризаты).

Увеличение октановых чисел углеводородов при добавлении ТЭС — так назы­ вая приемистость к ТЭС — может быть охарактеризовано следующим рядом: па­

увеличении содержания в нем серы, которая взаимодействует со свинцом и пара­ лизует действие ТЭС. Для ряда процессов сырье очищают от сернистых соедине­ ний, а бензины до прибавления к ним ТЭС подвергают очистке от сернистых соединений.

Дизельное топливо

В отличие от карбюраторных двигателей в дизельных двигателях зажигание рабочей смеси топлива с воздухом отсутствует. В ци­ линдре дизельного двигателя сжимается поршнем не рабочая смесь, а воздух, который нагревается в результате сжатия до высокой тем­ пературы. В такой сжатый воздух впрыскивается топливо. Оно ис­ паряется, нагревается до температуры самовоспламенения и вос­ пламеняется. Самовоспламеняемость дизельного топлива оцени­ вается цетановым числом (см. стр. 74).

Нефтеперерабатывающая промышленность вырабатывает раз­ личные марки дизельного топлива: для быстроходных дизельных дви­ гателей со скоростью вращения коленчатого вала более 1 0 0 0 об/мин, для двигателей средней быстроходности 500—1000 и тихоходных двигателей до 500 об/мин. В качестве примера рассмотрим дизель­

40 и температурой застывания не выше —45° С — при температуре не выше —30° С. Топливо ДЛ (дизельное летнее) с цетановым чис­ лом 45 и температурой застывания не выше —10° С применяют в основном летом и при температуре воздуха выше 0°С; ДС (дизель­ ное специальное) имеет цетановое число 50 и температуру застыва­ ния не.выше —15° С.

Дизельное топливо должно содержать не более 0,2% серы. Для других марок топлива по другим ГОСТам допускается иное содер­ жание серы (например, по ГОСТу 305—-62 — от 0,4%).

72

Почти все дизельное топливо содержит не более 0,5% серы. В дальнейшем будет увеличиваться выработка дизельного топлива, содержащего серы не более 0 , 2 и 0,1 %.

Рис. 41. Установка ИТ9-ЗМ:

1 — одноцилиндровый двигатель; 2 — визирная труба; 3 — топливные бачки; 4 — пульт управления

Дизельное топливо с низким содержанием серы получают из малосернистых нефтей. Дизельное топливо из сернистых и высоко­ сернистых нефтей для снижения в нем содержания серы подвергают гидроочистке. Необходимость максимально очищать дизельное топ­ ливо от серы объясняется тем, что сера вызывает коррозию аппа­ ратуры двигателя и нагарообразование в нем. В ряде случаев для предупреждения коррозии к маслам добавляют высокоэффективные присадки. Кроме того, снижение содержания серы в дизельном топливе уменьшает загрязнение атмосферы выхлопными газами

73

дизельных двигателей, содержащими сернистый и серный ангид­

риды.

В дизельном топливе нормируется также вязкость, которая обе­ спечивает хорошее его распыление и надежную работу топливопо­ дающей аппаратуры. Одним из важных показателей качества ди­ зельного топлива является его фракционный состав. Наличие тяже­ лых фракций снижает качество дизельного топлива, так как они вызывают неполное сгорание топлива в двигателе и работу с дым­ ными выхлопами, а также значительное нагарообразоваиие на де­

талях двигателя.

Для двигателей средней быстроходности применяют дистиллят­ ные, но более тяжелые топлива, а для тихоходных двигателей еще более тяжелое — моторное. Моторное топливо получают разбавле­ нием мазутов прямой гонки дистиллятами, в том числе дизельными фракциями, до достижения необходимой вязкости (от 36 до 67 сСт при 50°С). Температура его застывания от —5 до + 5 °С.

Цетановое число численно равно объемному процентному содер­

ра сгорания (по самовоспламенению) равноценна испытываемому топливу.

Цетановое число топлива может быть определено по-разному: методами кри­ тической степени сжатия, запаздывания самовоспламенения или совпадения вспы­ шек. В СССР цетановое число определяют методом совпадения вспышек на одно­ цилиндровой установке ИТ9-ЗМ (рис. 41).

Цетановое число зависит от химического состава топлива. Наибольшее цета­ новое число у парафиновых углеводородов. Нафтеновые углеводороды имеют меньшие цетановые числа. Самое низкое цетановое число у ароматических углево­ дородов, которые поэтому в составе дизельных топлив нежелательны. Цетановое число повышают, смешивая топливо с компонентами, имеющими более высокое це­ тановое число (парафиновые углеводороды нормального строения), и добавляя специальные присадки.

Котельное топливо

Котельное топливо используют во многих отраслях народного хозяйства. Значительное его количество применяют на тепловых электростанциях.

По ГОСТу 10585—63 котельное топливо вырабатывают следую­ щих марок: мазуты флотские 5 и 12, мазуты топочные 40, 100

и 2 0 0 .

Мазуты резко различаются по своим показателям. Так, условная

вспышки (для флотских не ниже 80° С в закрытом тигле и для тоточных соответственно 90, 100 и 140° С в открытом тигле) и темпе­ ратура застывания (от —5 до +36°С). По содержанию серы ко­ тельные топлива каждой марки подразделяются на малосернистые (до 0,5% серы), сернистые (0,51 —1,0 %) и высокосернистые (1,01 до

3,5% серы).

74

Основными показателями, определяющими качество мазутов, являются вязкость, характеризующая транспортабельность топлива и необходимую степень его нагрева для эффективного распыления в форсунках; температура застывания, определяющая условия его хранения и применения при различной температуре воздуха; содер­

9870 ккал/кг (41 324-103 Дж/кг) для флотского мазута.

Марки мазута для топлива подбирают в зависимости от условий его применения. Для котельных агрегатов с оборудованным топлив­ ным хозяйством (подогрев, фильтрация) обычно используют более вязкие сорта топлива (они дешевле). Флотские мазуты, применяе­ мые для отопления судовых котельных установок, отличаются от топочных меньшим содержанием золы, воды и серы, а также смол.

Топочные мазуты готовят на заводах путем смешивания остаточ­ ных продуктов первичной перегонки (мазут, полугудрон и гудрон) с остаточными продуктами термических и некоторых каталитиче­ ских процессов (крекинг-остатки, газойли, флегмы, полимеры), а также остаточных продуктов масляного производства.

Топливо для двигателей различного назначения

Топливо для авиационных реактивных двигателей подразде­ ляется на две основные группы: для самолетов с дозвуковой и со сверхзвуковой скоростью полета. В условиях сверхзвуковой скоро­ сти применяют топлива помышенной плотности и достаточно высо­ кой теплоты сгорания, чтобы можно было обеспечить высокую мощность двигателя и дальность полета. Чем больше скорость, тем топливо нагревается сильнее. Например, при скорости в 3 раза большей скорости звука (3 маха) температура топлива может повы­ ситься до 330° С.

В первую группу топлив для реактивных двигателей входят топ­ лива марок Т-1, ТС-1 и Т-2 (расширенный фракционный состав), во вторую группу — Т-5, Т-6 , Т-7 (ТС-1Г) й некоторые другие топлива.

Реактивные топлива (авиационные керосины) представляют со­

из некоторых сортов малосернистых нефтей, а ТС-1 из сернистых. Топливо Т-2 имеет более расширенный фракционный состав, так как в него входят хвостовые бензиновые фракции, из-за чего снижается

75

термическую стабильность, низкую температуру начала кристалли­ зации (не выше —60° С) и не вызывать коррозии деталей.

Наиболее термостабнльные топлива проходят дополнительную каталитическую очистку в среде водорода при различном давлении.

Кроме топлив для реактивных двигателей к рассматриваемой группе топлив относятся газотурбинные топлива для наземной тех­ ники, отличающиеся от авнакеросинов значительно худшим качест­ вом — более широким фракционным составом и повышенным содер­ жанием серы (до 3%). Их условная вязкость при 50°С не более 2,0.

§ 10. СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ПРОДУКТЫ МАСЛЯНО-ПАРАФИНОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Смазочные масла

Нефтеперерабатывающая промышленность выпускает большое количество марок минеральных масел, основными видами которых являются моторные (авиационные, дизельные и автотракторные), индустриальные, турбинные, электроизоляционные, компрессорные и масла для паровых машин специального назначения.

Очень важным качеством масел является вязкость, которая должна быть такой, чтобы при низких температурах не препятство­ вать смазке и не затруднять запуска двигателя, а в рабочих усло­ виях быть достаточной при смазке даже самых горячих частей дви­ гателя. Как указывалось выше, этому требованию удовлетворяют масла с высоким индексом вязкости. Не менее важным'показателем качества масел является их стабильность к окислению при повы­ шенных температурах, низкая температура застывания (особенно зимних сортов), хорошие противокоррозионные свойства и др.

Для современных механизмов и двигателей, особенно дизельных и автотракторных, смазочные масла применяют только с добавле­ нием присадок, улучшающих их эксплуатационные качества.

Авиационные масла, применяемые для авиационных двигателей, изготовляют из гудронов, полученных из специально отобранных нефтей путем их глубокой очистки с применением селективных рас­ творителей, а иногда с последующим смешиванием их с дистиллят­ ными маслами.

Наиболее широко применяются следующие марки авиационных масел: МС-14, MG-20, МК-22 и МС-20с* (буква М означает масла, следующая буква — применяемый метод очистки: С — селективный, К — кислотный, цифра — кинематическую вязкость в сСт при тем­ пературе 100° С).

С учетом работы авиационного двигателя в условиях высоких нагрузок и температур масла для них должны обладать высокой химической стабильностью и хорошей смазывающей способностью.

* ГОСТ 9320—60 для масла, получаемого из восточных сернистых нефтей (индекс с обозначает сернистую нефть).

76

Дизельные масла (для дизельных двигателей) изготовляют пу­ тем смешивания очищенных остаточных и дистиллятных масел. Ди­ зельные масла можно условно разделить-на две группы: для смазки быстроходных транспортных высокофорсированных дизелей (вяз­ кость при 100° С 8 , 11 и 14 сСт) и для стационарных дизелей различ­ ной мощности со средним и малым числом-оборотов (вязкость их колеблется в широких пределах). Масла первой группы изготовля­ ют повышенного качества с высокоэффективными присадками.

Автотракторные масла (автолы), применяемые для карбюратор­ ных двигателей, готовят аналогично дизельным (но с меньшим со­ держанием в них остаточного масла), используя селективные мето­ ды очистки, или из специально отобранных сортов малосернистой нефти с применением сернокислотной очистки.

Вязкость автотракторных масел при 50° С равна 6 , 10 и 15 сСт. Практически все масла выпускают с присадками.

Зимние сорта масел обеспечивают нормальный запуск двигате­ лей при низких температурах, поэтому особое значение имеет полу­ чение так называемых загущенных масел, вырабатываемых путем смешивания маловязких дистиллятных фракций с загустителем полиизобутиленом, имеющим молекулярный вес 10—12 тыс. Такие масла с температурой застывания не выше —45° С являются «все­ сезонными», так как могут быть использованы и в зимнее, и в лет­ нее время.

Индустриальные масла применяют для смазывания всевозмож­ ных машин, станков и механизмов, работащих при сравнительно низких температурах, и тех узлов трения машин-двигателей, кото­ рые не подвергаются действию пара, горячего воздуха и газов.

Основными качествами, определяющими применение этих ма­ сел, являются их вязкость и температура застывания.. Масла для высокоскоростных механизмов имеют кинематическую вязкость при 50° С от 4 до 8,5 сСт, сепараторные — от 6 до 17, веретенные — от 10 до 23, машинные — от 27 до 58, масла для холодильных машин —

заданных температурах, не пениться и быть стабильны к окис­ лению.

Турбинные масла служат для смазки и охлаждения подшипни­ ков паровых и водяных турбин и генераторов электрического тока, работающих с применением циркуляционных систем смазок.

Для турбин различной мощности вырабатывают турбинные мас­

44—48 и 55—59 сСт. Турбинные масла должны обладать высокой химической стабильностью и способностью хорошо отделяться от воды, попадающей в систему смазки.'

Электроизоляционные масла, являющиеся жидкими диэлектри­ ками, применяют для изоляции токонесущих частей электрообо­ рудования (трансформаторов, конденсаторов, кабелей и пр.). Они

77

служат теплоотводящей средой, а также способствуют быстрому гашению электродуги в выключателях. К'этой группе масел отно­ сятся трансформаторные, конденсаторные и кабельные.

Наибольшее применение имеют трансформаторные масла. Они эксплуатируются длительное время при 70—80° С в присутствии воздуха, поэтому должны быть особенно химически стабильными и не образовывать при окислении низкомолекулярных кислот*. Они также должны обладать соответствующими диэлектрическими свой­

ствами.

Компрессорные масла служат для смазки цилиндров, клапанов и уплотнений поршневых штоков компрессоров, работающих при 200—225° С и давлении до 200—225 кгс/см2. Основное требование к компрессорным маслам — стабильность к окислению.

Компрессорное масло 12М с кинематической вязкостью при 100° С 11 —14 сСт предназначено для одноступенчатых горизонталь­ ных и вертикальных компрессоров с давлением 7— 8 кгс/см2 и двух­ ступенчатых компрессоров среднего давления (до 50 кгс/см2).

Компрессорное масло 19Т с кинематической вязкостью при 100° С 17—21 сСт служит для смазки многоступенчатых компрессо­ ров высокого давления (до 2 0 0 — 2 2 0 кгс/см2) .

Стабильность этих масел достигается применением глубокой очистки.

Масла для паровых машин делятся на две основные группы: для машин, работающих с насыщенным паром, и для машин, работаю­ щих с перегретым паром. Основными особенностями этих масел являются малая испаряемость и высокая вязкость (кинематическая вязкость при 100° С от 9—13 сСт для масла цилиндрового» 2 до 44—64 сСт для масла цилиндрового 52 «Вапора»).

Цилиндровые масла для первой группы паровых машин готовят из дистиллятного сырья, для второй группы — из остаточного сырья

сприменением деасфальтизации пропаном или перегонки гудрона

вглубоком вакууме.

Парафины, церезины и вазелины

Нефтяные парафины представляют собой твердые нефтепродук­ ты кристаллического строения, которые получают из дистиллятов парафиновых и высокопарафиновых нефтей. Парафины применяют для различных целей, в том числе в качестве сырья для получения синтетических жирных кислот, для пропитки бумаги, в медицине, спичечной (желтые парафины) и других отраслях промышленно­ сти. Температура плавления белых парафинов от 50 до 54, а жел­ того (спичечного) 42° С.

Церезины — смесь твердых парафиновых углеводородов, по­ лучающаяся в результате переработки и очистки природного озо­ керита или петролатума от селективной депарафинизации остаточ­ ных масел. Синтетический церезин получают путем синтеза из окиси углерода и водорода.

78

Церезины применяют в основном в качестве электроизоляцион­ ных материалов и для приготовления различных композиций и вос­ ковых составов. Температура каплепадения церезинов от 57 до 80, синтетических церезинов 90—100° С.

Вазелин медицинский получают сплавлением церезина, парафи­ на, очищенного петролатума и их смесей с очищенным нефтяным маслом. Температура каплепадения его находится в пределах

37—50° С.

Вазелин конденсаторный, применяемый для пропитки и заливки конденсаторов, имеет кинематическую вязкость при 60° С не менее 28 сСт. Важным нормируемым показателем для него является удельное объемное электрическое сопротивление при 100° С (не ме­ нее 1,1010 Ом-м).

Консистентные смазки

Консистентные смазки — это густые мазеобразные продукты, состоящие из двух и более компонентов. Одним из основных компо­

резином, парафином и петролатумом), применяют в основном в ка­ честве защитных покрытий. Они физически и химически стабиль­ ны, но работоспособность их ограничивается температурой 50—60° С. Выпускают также специальные консистентные смазки, в которых жиДкой основой вместо масел являются различные хими­ ческие соединения.

Консистентные смазки применяют в тех случаях, когда мине­ ральное масло не обеспечивает нормальной смазки трущихся по­ верхностей, машин и механизмов, и для уплотнения зазоров.

§11. ПРОЧИЕ НЕФТЕПРОДУКТЫ

ИПРОДУКТЫ НЕФТЕХИМИИ

Нефтяные битумы получают окислением гудронов тяжелых неф­ тей и часто смешивают их с асфальтом и экстрактами масляного производства.

Основными показателями качества битумов являются: глубина проникновения иглы (пенетрация), растяжимость (дуктильность) и температура размягчения, которая характеризует теплоустойчи­ вость битума. Пенетрация и дуктильность при низких температурах показывают, насколько битум сохраняет свою эластичность.

Нефтяные битумы используют в основном для дорожного строи­ тельства. Для обработки грунтовых и гравийных дорог иногда при­ меняют жидкие битумы, получаемые путем разжижения битумов менее вязкими нефтепродуктами, например мазутами. Вырабаты­ вают также битумы строительные и специальные — для производ­ ства лакокрасочных, электроизоляционных и других продуктов.

79

Нефтяные кислоты и их соли. Нефтяные кислоты, в основном нафтеновые, содержащиеся в некоторых нефтях, выделяются при щелочной очистке светлых и масляных дистиллятов в виде натрие­ вых солей — мыл и применяются для изготовления мылонафта, асидола и асидола-мылонафта. Мылонафт (содержание нефтяных кислот 43%) представляет собой смесь натриевых мыл нефтяных кислот, минерального масла и воды. Асидол (содержание нефтяных кислот 42—50%) состоит из нефтяных кислот с примесью мине­ рального масла, а асидол-мылонафт (содержание нефтяных кис­ лот 67—70%) является смесью свободных нафтеновых кислот и их натриевых мыл.

Все эти продукты применяют в качестве заменителей жиров при изготовлении технических мыл, так как они обладают хороши­ ми эмульгирующими и пенообразующими свойствами; их исполь­ зуют также в текстильной промышленности при крашении, для про­ питки древесины с целью предохранения ее от гниения, как сикка­ тивы (ускорители высыхания) и для некоторых других целей.

Общим требованием к этим продуктам является минимальное со­ держание в них минерального масла.

Растворители нашли наиболее широкое применение в лакокра­ сочной промышленности [бензин (фракция 45—170°С), уайт-спирит (фракция 165—200°С), нефтяной сольвент (смесь ксилолов)] и в резино-технической промышленности [бензин БР-1 «Галоша» или БР-2 (до 110°С выкипает не менее 93%)]. В качестве растворителей в пищевой промышленности используют экстракционный бензин (фракция 70—95° С и петролейный эфир (фракции 40—70 и 70—100°С). В других отраслях используют часть указанных, а так­ же ряд других растворителей, в том числе бензол.

Во всех растворителях нормируется содержание ароматических

ннепредельных углеводородов, а также сернистых соединений.

Вбольшинстве случаев растворители получают из нефтяных по­ путных газов и малосернистых нефтей на газофракционирующих установках, установках по первичной перегонке нефти и при ката­

литическом риформинге (из рафинатов). Иногда необходимую фракцию выделяют на установках для вторичной перегонки. В ряде случаев полученные фракции подвергают специальной очистке (в большинстве случаев для уменьшения содержания в них аромати­ ческих углеводородов и сернистых соединений).

Осветительные керосины, получаемые прямой перегонкой нефти, применяют в основном для бытовых нужд (керосиновых ламп, керо­ синок, примусов и т. п.). Для нормального горения осветительный керосин должен иметь соответствующий химический состав (в ос­ новном парафиновые углеводороды), обеспечивающий сгорание без копоти и нагара (высота некоптящего пламени не менее 2 0 мм) и достаточную силу света.

Нефтяной кокс, получаемый в процессе коксования, применяют как электродный кокс,-для производства абразивных и других ма­ териалов, а также как твердое топливо. Наиболее важное промыш­ ленное значение имеет электродный кокс, используемый в производ­

80