Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет межотраслевого баланса и анализ отраслевых рынков. Учебно-методическое пособие
.pdf
Мазут, обычно в смеси с вакуумным газойлем, широко используют в качестве сырья каталитического крекинга для производства высокооктанового компонента товарного бензина, что позволяет практически полностью переработать
нефть в светлые нефтепродукты.
Масляные дистилляты рекомендуют получать при вакуумной перегонке мазута, если индекс вязкости получаемых базовых масел не ниже 85 пунктов и их
выход – не менее 8,0 % мас. на нефть. Следует помнить, что чем уже пределы выкипания масляных дистиллятов, тем выше качество получаемых базовых масел.
На НПЗ топливно-масляного или масляного вариантов при вакуумной перегонке
мазута обычно получают не менее 3–4 узких масляных фракций, например:
– фракция 350 (320) – 400 °С – верхний (или легкий) дистиллят (I погон);
– фракция 400 – 450 °С – средний дистиллят (II погон);
– фракция 450 – 500 °C – нижний (или тяжелый) дистиллят (III погон).
Все перечисленные масляные дистилляты используют в качестве сырья
при производстве базовых масел.
Гудрон – остаток вакуумной перегонки мазута, выкипающий при температуре выше 500 °С (или 530, 540 и даже 580 °С при глубокой вакуумной перегонке), применяют главным образом в качестве сырья установок глубокой переработки нефти – коксования, чаще замедленного, и висбрекинга. Установки
коксования обеспечивают получение кокса, а висбрекинг – котельного топлива
и дополнительную выработку компонентов моторных топлив, хотя и низкого
качества – бензинов и дизельных топлив. Меньшую часть гудрона всегда используют для производства битумов, так как строительные и дорожные битумы
на рынке постоянно пользуются спросом.
В случае топливно-масляного варианта переработки нефти гудрон также
применяют на установках деасфальтизации для получения компонентов остаточных базовых масел, а после деасфальтизации и деметаллизации может быть
использован как компонент сырья установок каталитического крекинга и гидрокрекинга при получении светлых нефтепродуктов.
2.5. ОСНОВНЫЕ ПРОДУКТЫ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ
И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Краткое описание топлив ведется в соответствии с [7].
Бензин – это сложная смесь ароматических, нафтеновых, парафиновых
нормального и изостроения углеводородов и их производных с числом атомов
углерода от 4 до 10, выкипающих в пределах 35–205 оС (215 оС). Бензины –
низковоспламеняющиеся бесцветные или слегка желтые жидкости, если не
применяются специальные добавки.
21
Бензины различных марок применяют в качестве топлив в автомобильных
и авиационных поршневых двигателях внутреннего сгорания. Особенностью
этих двигателей является принудительное воспламенение топливно-воздушной
смеси электрической искрой, возникающей между электродами свечи в камере
сгорания.
Дизельные топлива – это сложные смеси жидких парафиновых, нафтено-
вых, ароматических углеводородов и их производных, выкипающих в пределах
140–360 оС.
Товарные дизельные топлива применяют в дизельных двигателях. В отли-
чие от карбюраторных двигателей, в дизельных двигателях нет свечей, а происходит самовоспламенение топлива при впрыске последнего в сжатый воздух с
высокой температурой.
Нефтеперерабатывающая промышленность выпускает дизельные топлива
в зависимости от их применения следующих двух видов:
– легкие маловязкие топлива для быстроходных дизелей с частотой враще-
ния вала до 800–1000 мин-1 и более;
– тяжелые высоковязкие топлива для тихоходных, средне- и малооборот-
ных дизелей с частотой вращения вала до 600–700 мин-1.
Реактивные топлива в зависимости от скорости полета самолетов разде-
ляют на две группы: топлива для реактивных двигателей с дозвуковой скоростью и топлива для реактивных двигателей со сверхзвуковой скоростью. Такое
разделение объясняется различными условиями эксплуатации самолетов. Так, в
наземных условиях и при малых скоростях полета (с дозвуковой скоростью)
топливо может подвергаться значительному охлаждению, особенно в баках,
вплоть до температуры начала кристаллизации. При больших скоростях полета
(со сверхзвуковой скоростью) из-за аэродинамического нагрева планера самолета (а также в результате нагрева в агрегатах топливной системы) температура
топлива может превысить температуру начала его кипения.
При производстве реактивных топлив для летательных аппаратов с дозвуковыми скоростями используют нефтяные фракции прямой перегонки малосернистых и сернистых нефтей с последующей гидроочисткой последних, выкипающих в пределах 135–280, 150–250 и 60–280 оС.
Основную массу котельных топлив получают из таких продуктов перера-
ботки нефти, как мазуты прямой перегонки, полугудроны и гудроны, тяжелые газойли вторичного происхождения – каталитического крекинга, термического крекинга, коксования, висбрекинга и гидрокрекинга, остатки масляного производства
– асфальт, экстракт, гач и петролатум и также ловушечные продукты.
22
Остаточные продукты имеют высокую вязкость и не могут быть использованы как котельные топлива, поэтому к ним добавляют дизельные фракции.
Кроме того, в качестве котельного топлива применяют тяжелые нефти с
малым содержанием легких фракций, которые вовлекать в переработку экономически нецелесообразно.
Котельные топлива и их применение имеют по сравнению с твердым топливом, например углем, ряд следующих преимуществ:
высокая теплота сгорания (выше 39800 кДж/кг);
складирование котельных топлив требует меньших площадей;
более высокий уровень автоматизации горения котельного топлива;
значительное сокращение затрат трудовых ресурсов на обслуживание
энергетических установок;
меньшие затраты на вывоз золы.
Наиболее массовыми товарными продуктами являются мазуты топочных
марок 40 и 100. Эти мазуты предназначены для котельных и нагревательных
установок общего назначения. Топочные мазуты делят в зависимости от содержания серы на следующие группы:
низкосернистые – содержание серы не более 0,5 % мас.;
малосернистые – содержание серы не более 1,0 % мас.;
сернистые – содержание серы не более 2,0 % мас.;
высокосернистые – содержание серы не более 3,5 % мас.
В мазут марки 40 для снижения температуры застывания до 10 оС добавляют 8–15 % дизельных фракций.
В судовых энергетических установках в качестве топлива используют
флотские мазуты марок Ф-5 и Ф-12, которые по сравнению с топочными мазутами характеризуются меньшими вязкостью, содержанием механических примесей и воды, зольностью и более низкой температурой застывания.
Флотский мазут марки Ф-5 получают смешением прямогонного мазута (60–
70 %) и дизельного топлива (30–40 %) с добавлением депрессорной присадки.
Газотурбинные топлива применяют в основном в энергетических уста-
новках и вырабатывают компаундированием легких газойлей каталитического
крекинга и коксования и прямогонных дизельных фракций, выкипающих в
пределах 180–420 оС.
Топливо предназначено для применения в судовых энергетических установках вместо дизельного топлива. Вырабатывают эти топлива смешением негидроочищенных прямогонных атмосферных и вакуумных дистиллятов и продуктов вторичного происхождения – легких и тяжелых газойлей каталитического крекинга, коксования и др.
23
Печное бытовое топливо применяют при эксплуатации теплогенераторов
и паровых и водогрейных котлов отопительных установок средней и малой
производительности, используемых на предприятиях коммунально-бытового
обслуживания, животноводческих и птицеводческих фермах, в быту и т.д. При
его производстве используют прямогонные дизельные фракции, легкие газойли
каталитического и термического крекинга и коксования.
Смазочные материалы в значительной степени обеспечивают надежность работы различных машин и механизмов. Основное их назначение – снижение износа трущихся деталей и уменьшение затрат энергии на преодоление
трения. Кроме того, смазочные материалы отводят тепло от нагреваемых поверхностей, предохраняют их от коррозии, очищают от продуктов износа и
герметизируют узлы трения.
Смазочные материалы подразделяют на жидкие (смазочные масла и мазеобразные продукты) и пластичные смазки. Те и другие могут быть минерального и органического происхождения. Основную часть (более 90 %) минеральных
масел получают из продуктов переработки нефти.
Краткие сведения о нефтяных маслах приводятся в соответствии с [8].
Нефтяные масла. Масла выполняют в технике следующие функции:
улучшают коэффициент трения; защищают от коррозии; охлаждают трущиеся
детали и уплотняют зазор между деталями; служат рабочими жидкостями в
гидравлических системах, электроизоляционной средой в трансформаторах,
масляных выключателях.
Выпускается несколько сотен сортов масел.
Классификация нефтяных масел в зависимости от области применения:
К смазочным относятся моторные, индустриальные, трансмиссионные,
компрессорные, турбинные, рабоче-консервационные, холодильные и приборные масла. Моторные масла по объему производства и потребления уверенно
занимают лидирующую позицию. Их производится более 60 % от общего объема смазочных масел. Вторую большую группу составляют индустриальные
масла, объем их выпуска около 30 %. Намного меньше производится трансмиссионных масел – около 8 %. Общий объем выпуска всех остальных групп масел
составляет около 10 %.
Моторные масла – это смазочные масла, применяемые в поршневых двигателях внутреннего сгорания автомобильной и авиационной техники для смазывания цилиндропоршневой группы, кривошипно-шатунного механизма и механизма газораспределения.
Индустриальные масла применяют для смазки машин и механизмов различного промышленного оборудования – редукторов станков, лебедок, направляющих скольжения, прокатных станов и др.
24
К трансмиссионным маслам относятся масла для смазывания, в первую
очередь, трансмиссий автомобильной и автотракторной техники – коробки передачи, дифференциала, а также других высоконагруженных цилиндрических,
конических, спирально-конических, гипоидных и других зубчатых передач.
Компрессорные масла применяются для смазывания цилиндропоршневой
группы и подшипников коленчатого вала поршневых компрессоров и паровых
машин.
Холодильные масла используются для смазывания осей центробежных и
вихревых компрессоров холодильных агрегатов.
Турбинные масла предназначены для смазывания осей паровых и газовых
турбин, центробежных компрессоров, а также воздушно-реактивных и турбореактивных двигателей.
Рабоче-консервационные продукты предназначены для хранения, транспортирования, а также периодической и постоянной эксплуатации техники.
Приборные масла производятся малыми партиями и применяются для
смазывания узлов различных механических приборов, часов, самописцев, стрелочных индикаторов и т.п.
Несмазочные масла можно разделить на: электроизоляционные, технологические, консервационные, медицинские и парфюмерные.
К электроизоляционным маслам относятся трансформаторные, конден-
саторные и кабельные масла, которые, являясь жидкими диэлектриками, обеспечивают изоляцию токонесущих частей электрооборудования, служат тепловыводящей средой, а также способствуют быстрому гашению электрической
дуги в выключателях.
Технологические масла используются в процессе приготовления какихлибо изделий либо входят в состав изделий. Типичными представителями этой
группы масел являются мягчители резин, пластификаторы-наполнители для резинотехнических и полимерных материалов, масляные основы для лакокрасочных изделий.
Консервационные продукты предназначены для наружной и внутренней
консервации металлоизделий на время хранения и транспортировки.
Медицинские масла, такие как вазелиновое масло, используются в меди-
цине как смягчающее и очищающее средство, на основе этих масел готовятся
фармацевтические препараты, а также парфюмерные и косметические изделия.
Пластичные смазки представляют собой высокоструктурированные тиксотропные (тиксотропия – способность вещества снижать вязкость при механическом воздействии и сгущаться в состоянии покоя) дисперсии твердых загустителей в жидкой среде. Объем их производства от общего объема производства смазочных материалов составляет всего 4–5 %, по разнообразию областей
применения смазки превосходят другие смазочные материалы [9].
25
Обычно смазки состоят из трех компонентов: 70–90 % дисперсионной среды (жидкой основы, преимущественно нефтяных масел), 10–13 % дисперсной
фазы (твердого загустителя, чаще всего металлические мыла – соли высокомолекулярных жирных кислот) и 1–15 % добавок (модификаторов структуры,
присадок и наполнителей).
Антифрикционные (около 70 марок, самая большая группа). Применяются
для смазывания грубых и высоконагруженных узлов трения транспортных
средств (подвесок ходовых частей, рессор), горнодобывающего оборудования,
различных узлов индустриальных механизмов (конвейеров, сельскохозяйственных машин), подшипников, электродвигателей и т.д. Также среди антифрикционных рассматриваются автомобильные, железнодорожные, морские, авиационные, индустриальные, буровые и электроконтактные смазки.
Защитные, или консервационные, смазки. Служат для предохранения металлических поверхностей от коррозии, кожаных изделий от высыхания и
гниения. Эти смазки наносят на металлические поверхности в нагретом до 100–
110 оС состоянии, а при расконсервации смывают органическим растворителем
или горячей водой. наиболее известные представители – Мовиль, Мольвин-МЛ,
используемые для защиты от коррозии внутренних труднодоступных поверхностей кузовов автомобилей.
Уплотнительные смазки (14 марок) применяют в качестве уплотнительной
среды в резьбовых соединениях, трубопроводной и запорной аппаратуре, в узлах соединения вакуумных систем и т.д.
Канатные смазки – влагостойкие и низкозастывающие, рассчитанные для
работы при -50 оС, используемые для пропитки сердечников силовых стальных
канатов, а также при их изготовлении и эксплуатации в горнодобывающем и
подъемно-транспортном оборудовании.
Большая часть смазок как по ассортименту, так и по объемам производств
относится к первым двум группам.
При производстве товарных нефтяных масел как побочные продукты в
процессе депарафинизации производятся парафины и церезины.
Парафины представляют собой смесь твердых углеводородов метанового
ряда преимущественно нормального строения с 18–35 атомами углерода в молекуле и температурой плавления 45–65 оС. В парафинах обычно содержится
некоторое количество изопарафиновых углеводородов, а также углеводородов с
ароматическим или нафтеновым ядром в молекуле [89].
Парафин – вещество белого цвета кристаллического строения с молекулярной массой 300–450, в расплавленном состоянии обладает малой вязкостью.
Твердые нефтяные парафины изготовляют по ГОСТ 23683-89. По степени
очистки их подразделяют на высокоочищенные (марки П и В) и очищенные
(марки Т и С).
26
Высокоочищенные парафины применяют при изготовлении тары и упаковочных материалов жесткой конструкции, клеев и расплавов, имеющих соприкосновение с пищевыми продуктами и применяемых при повышенных температурах, косметических препаратов и в фармацевтической промышленности, в
качестве компонентов сплавов для покрытия деревянных, бетонных, металлических емкостей, предназначенных для хранения пищевых продуктов, в производстве различных восковых составов, изделий медицинской техники и косметических препаратов.
Очищенные парафины технического назначения применяют для изготовления товаров бытовой химии, в частности свечей, и в других отраслях народного хозяйства для пропитки и покрытий технических сортов бумаги, картона,
текстиля, деревянных и металлических поверхностей и др., для производства
синтетических жирных кислот в нефтехимической промышленности, а также в
химической, нефтехимической промышленности и в других отраслях народного хозяйства.
Церезины представляют собой смесь парафиновых углеводородов изо- и
нормального строения с числом атомов углерода в молекуле в основном от 36
до 55. В своем составе содержат также парафино-нафтеновые и парафинонафтено-ароматические углеводороды. В отличие от парафинов церезины обладают большей вязкостью и способностью эффективно загущать масло. При
добавлении церезина в парафины улучшаются загущающие свойства последних, что позволяет использовать смеси в производстве смазок, вазелинов, кремов, копировальной бумаги, как изоляционный материал в электро- и радиотехнике, для предохранения от разъедания емкостей кислотами и щелочами.
Битумы. «Асфалес» – по-гречески значит надежный, вечный, а слово «би-
тум» происходит от санскритского «гвитумен», обозначающего смолу. Битумы –
это самые древние строительные материалы из известных человечеству [9].
Битумы представляют собой сложную смесь высокомолекулярных углеводородов нефти и их гетеропроизводных, содержащих кислород, серу, азот и металлы (ванадий, железо, никель, натрий и др.).
Химический состав битумов очень сложен, перечень найденных в битуме
соединений составляет более 300 названий.
Битумы могут быть природного происхождения или получены при переработке нефти, торфа, углей и сланцев.
В зависимости от характера применения отечественные битумы подразделяют на группы, подгруппы и марки.
Дорожные битумы разделяют на вязкие и жидкие.
Вязкие битумы используют в качестве вяжущего материала при строительстве и ремонте дорожных покрытий.
27
Жидкие битумы предназначены для удлинения сезона дорожного строительства.
Строительные битумы применяют для выполнения различных строительных работ, в частности для гидроизоляции фундаментов зданий.
Кровельные битумы используют для производства кровельных материалов. Их разделяют на пропиточные (для пропитки основы) и покровные (для
получения покровного слоя).
Изоляционные битумы используют для изоляции трубопроводов для защиты их от коррозии.
Хрупкие битумы (ГОСТ 21822-87) предназначены для использования в лакокрасочной, шинной и электротехнической промышленности. Битумы этого
класса представляют собой твердое вещество черного цвета без запаха. Они
выпускаются двух марок: Б и Г.
Битумы – высокоплавкие мягчители (рубраксы) (ГОСТ 781-78) производят
для резинотехнической и шинной промышленности.
Нефтяной кокс – продукт переработки тяжелых нефтяных остатков. На
90–95 % сырье процесса коксования состоит из остатков вакуумной перегонки
– гудрона. Кроме того в состав сырья входят экстракт селективной очистки масел, асфальты, тяжелые газойли каталитического крекинга [10].
Нефтяной кокс обладает комплексом свойств, которые и обусловливают
области его применение:
1. Механическая прочность.
2. Химическая инертность.
3. Химическая и термическая стойкость.
4. Высокая электропроводность.
5. Специальными приемами из него можно делать изделия сложных кон-
струкций
Кокс используется в первую очередь для производства анодов, необходимых при изготовлении алюминия.
Производство углеграфитовых материалов. Эти материалы используются в
ядерной промышленности. На футеровку ядерного реактора идет 1000–
2000 т углеродных пластинок. Кокс, использующийся при футеровке не должен
содержать более 1 % мас. серы.
Углеграфитовые изделия используются при работе с токсичными материалами. Из них производят холодильники и реактора (химическая посуда).
Кокс также применяется при производстве графитов и ферросплавов.
Карбид кальция получают сплавлением СаО с измельченным коксом в
электропечах с температурой 2500 оС. Используют для выработки ацетилена.
28
Также получают карбиды кремния и бора, которые используются в качестве абразивных материалов.
Ферросплавы. Сплавы железа, никеля, кобальта, хрома. Их получают, восстанавливая совместно железную руду.
Сырьем установки коксования на НПЗ является гудрон. Продуктами процесса – кокс, тяжелый газойль, легкий газойль, бензин – отгон, газ и головка
стабилизации. Процесс ведут при температуре 500–520 оС и давлении, приближенном к атмосферному.
Другие нефтепродукты специального назначения
Ассортимент этой группы нефтепродуктов очень широк. Укажем некоторые из них.
Нефтяные растворители
По области применения все растворители можно отнести к промышленным (технологическим) и бытовым.
К промышленным относятся следующие [9]:
Петролейный эфир (Нефрас П0-30/70 и П0-70/100) – легкая бензиновая
фракция, выделяемая при первичной перегонке малосернистых парафиновых
нефтей и выкипающая в пределах 30–70 оС (70–100 оС). Применяется как экстрагент масел и моющая от масел жидкость (в производстве шерсти, бытовой
химии), хорошо растворяет парафинонафтеновые углеводороды и поэтому широко используется в лабораторной практике.
Бензин для резиновой промышленности марок БР-1 (Нефрас С3-80/120) и
БР-2 (Нефрас С2-80/120). Эти растворители используют для растворения каучука (приготовления резинового клея) и других операций в производстве резинотехнических изделий и шин.
Уайт-спирит (Нефрас С4-155/200) – один из основных растворителей для
лаков и красок. Вырабатывается из специальных малосернистых нефтей при их
первичной перегонке.
Бензин для технических целей (Нефрас С2-50/170) – выделяется из малосернистых нефтей, используется в производстве искусственной кожи, а также в
химчистке одежды.
Экстракционный бензин (Нефрас С3-70/95) – узкая бензиновая фракция из
малосенистых парафиновых нефтей. Используется как экстрагент при получении эфирных масел из растений, в производстве парфюмерных масел, а также
для очистки шерсти в текстильной промышленности.
Сольвент (Нефрас А-120/160) – концентрат ароматических углеводородов
(85 %), выделенный из смол пиролиза. Используется в производстве лаков, красок и эмалей.
29
Растворитель для полимеризации этилена (Нефрас С2-84/92) – узкая бензиновая фракция из малосернистой нефти. Используется в качестве среды для
полимеризации этилена при низком давлении с целью получения полиэтилена
низкого давления.
Индивидуальные углеводороды. Выделяются при переработке нефти и используются как технологические среды на определенных стадиях этой переработки.
К бытовым растворителям относят также уайт-спирит, применяемый для
приготовления различных мастик, используемых в быту, а также две следующие группы растворителей.
Растворители для инсектицидов (типа «Прима», «Карбазол» и др.). Используются в аэрозольных упаковках как среда, в которой растворен ядовитый
инсектицидный препарат.
Пропелленты – легколетучие углеводороды, выполняющие роль вытеснительной среды из аэрозольных упаковок для парфюмерных веществ (лаков,
кремов, красок). Для этого используют пропан-бутановую (или бутанпентановую) смесь высокой степени очистки.
Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). Основное назначение СОЖ –
съем выделяющегося при металлорезании тепла, облегчение обработки металлов и защита обрабатываемого инструмента от износа при резании металлов и
их прокате, где возникает большое напряжение (например, при резании металла
на токарном станке в точке снятия стружки температура может достигать
1500 оС и давление – 4000 МПа). Существует три типа СОЖ – масляные, водномасляные и водные [9].
Осветительные керосины предназначены для бытовых осветительных и
нагревательных приборов (керосинок, керогазов), калильных ламп, аппаратов
для резки металлов (керосинорезов), а также в качестве растворителей при производстве лаков, клеенок, кож и т.д. Осветительные керосины получают из
фракций прямой перегонки нефти с концом кипения 280–310 оС. При использовании фракций из сернистых нефтей их подвергают гидроочистке. Наилучшими свойствами обладают керосины из нефтей парафинового основания с достаточно легким фракционным составом. Однако из-за огнеопасности начало кипения керосинов должно быть ограничено [7].
Ароматические углеводороды. Наиболее востребованным ароматиче-
ским углеводородом является бензол. Он широко применяется в химической
промышленности [11].
Около 50 % этого вещества в промышленности нашей страны превращают
в этилбензол – сырье производства стирола, из которого производят некоторые
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]