Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Эксплуатационные материалы. Учебное пособие
.pdf
11
смазочные масла (температура кипения выше 300 градусов) остаток
(мазут).
Вторичная переработка нефти
В зависимости от физико-химический свойств нефти и от потребности в
конечном продукте происходит выбор дальнейшего способа деструктивной
переработки сырья. Вторичная переработка нефти заключается в термическом и
каталитическом воздействии на нефтепродукты, полученные методом прямой
перегонки. Воздействие на сырье, то есть содержащиеся в нефти углеводороды,
меняют их природу.
Различают следующие варианты переработки нефти:
топливный;
топливно-масляный;
нефтехимический.
Топливный способ переработки применяется для получения
высококачественных автомобильных бензинов, зимних и летних дизельных
топлив, топлив для реактивных двигателей, котельных топлив. При данном
методе используется меньшее количество технологических установок.
Топливный метод представляет собой процессы, в результате которых из
тяжелых нефтяных фракций и остатка получают моторные топлива. К данному
виду переработки относят каталитический крекинг, каталитический риформинг,
гидрокрекинг, гидроочистка и другие термические процессы.
При топливно-масляной переработке наряду с топливами получают
смазочные масла и асфальт. К данному виду относятся процессы экстракции и
деасфальтизации.
Наибольшее разнообразие нефтепродуктов получается в результате
нефтехимической переработки. В связи с этим используется большое число
технологических установок. В результате нефтехимической обработки сырья
вырабатываются не только топлива и масла, но и азотные удобрения,
синтетический каучук, пластмассы, синтетические волокна, моющие средства,
жирные кислоты, фенол, ацетон, спирт, эфиры и другие химикалии.
Каталитический крекинг
При каталитическом крекинге используется катализатор для ускорения
химических процессов, но в то же время без изменения сути этих химических
реакций. Суть крекинг-процесса, т.е. реакции расщепления, заключается в
прогоне нагретых до парообразного состояния нефтей через катализатор.
12
Риформинг
Процесс риформинга применяется в основном для производства
высокооктанового бензина. Данной переработке могут подвергаться только
парафиновые фракции, кипящие в пределах 95–205°С.
Виды риформинга:
термический риформинг;
каталитический риформинг.
При термическом риформинге фракции первичной переработки нефти
подвергаются воздействию только высокой температуры. При каталитическом
риформинге воздействие на исходные фракции происходит как температурой,
так и с помощью катализаторов.
Гидрокрекинг и гидроочистка
Данный метод переработки заключается в получении бензиновых фракций,
реактивного и дизельного топлива, смазочных масел и сжиженных газов за счет
воздействия водорода на высококипящие нефтяные фракции под воздействием
катализатора. В результате гидрокрекинга исходные нефтяные фракции
проходят также гидроочистку.
Гидроочистка заключается в удалении серы и других примесей из сырья.
Обычно установки гидроочистки совмещают с установками каталитического
риформинга, так как в результате последнего выделяется большое количество
водорода. В результате очистки качество нефтепродуктов повышается,
уменьшается коррозия оборудования.
Экстракция и деасфальтизация
Процесс экстракции заключается в разделения смеси твердых или жидких
веществ при помощи растворителей. В используемом растворителе хорошо
растворяются извлекаемые компоненты. Далее проводится депарафинизация для
снижения температуры застывания масла. Получение конечного продукта
заканчивается гидроочисткой. Данный метод переработки применяется для
получения дистдизельного топлива и извлечении ароматических углеводородов.
В результате деасфальтизации из остаточных продуктов дестиляции нефти
получаются смолисто-асфальтеновые вещества. В последствии деасфальтизат
используется для производства битума, применяется в качестве сырья для
каталитического крекинга и гидрокрекинга.
13
Коксование
Для получения нефтяного кокса и газойлевых фракций из тяжелых
фракций перегонки нефти, остатков деасфальтизации, термического и
каталитического крекинга, пиролиза бензинов используют процесс коксования.
Данный вид переработки нефтепродуктов заключается в последовательном
протекании реакций крекинга, дегидрирования (выделение водорода из сырья),
циклизации (образование циклической структуры), ароматизации (увеличение
ароматических углеводородов в нефти), поликонденсации (выделение
побочных продуктов, таких как вода, спирт) и уплотнения для образования
сплошного "коксового пирога". Летучие продукты, выделяющиеся в процессе
коксования, подвергают процессу ректификации, чтобы получить целевые
фракции и их стабилизировать.
Изомеризация
Процесс изомеризации заключается в превращении из исходного сырья его
изомеров. Подобные превращения приводят к получении бензинов с высоким
октановым числом.
Алкинирование
Путем введения в соединения алкиновых групп получают
высокооктановые бензины из углеводородных газов.
Следует отметить, что в процессе переработки нефти и для получения
конечного продукта используется весь комплекс нефтегазовых и
нефтехимических технологий. Сложность и разнообразие готовых продуктов,
которые можно получить из добытого сырья, определяют и разнообразность
нефтеперерабатывающих процессов.
Рассмотрим применение различных ЭМ на примере автопогрузчика 4014,
широко используемого в портах и транспортных терминалах (см. рис.2).
Топливо для двигателя (поз. 5).
Моторное масло для двигателя (поз. 5).
Трансмиссионные масла в коробке передач (поз 5а) и в ведущем мосту
(поз. 12).
Консистентные смазки в осях, в подшипники ступиц колес, в карданной
передаче от коробки передач к ведущему мосту (поз. 10, 12, 12а).
Гидравлические масла (гидрожидкости) в гидроприводах грузоподъемного
устройства, в тормозной системе (поз. 1, 11, 13).
14
Охлаждающая жидкость в двигателе (поз. 5).
Антикоррозийные и защитные покрытия элементов корпуса и других
деталей, подверженных воздействию атмосферы и других агрессивных сред
(поз. 2, 3, 14).
Резинотехнические материалы — шины колес; уплотнительные устройства
гидропривода грузоподъемного механизма (поз. 1, 9), валов отбора мощности
коробки передач (поз. 5а), привода гидронасосов (поз. 9), тормозной системы
(поз. 11).
15
Глава 2. Топлива для двигателей внутреннего сгорания и котлов
В зависимости от типов и назначения двигателей внутреннего сгорания
(ДВС) и котлов, применяемых в портовой и судовой технике, для них могут
использоваться следующие виды топлив:
- бензин;
- дизельное топливо;
- газотурбинное топливо;
- моторное топливо;
- флотский мазут;
- котельный мазут;
- газовое топливо.
2.1. Состав и структура углеводородов нефти
От химического состава и структуры углеводородов нефти зависят
основные эксплуатационные качества получаемых из нее нефтепродуктов и
способы переработки нефти.
В химическом отношении нефть представляет собой сложную жидкость,
состоящую в основном из углеводородов, т. е. соединений углерода с
водородом. Суммарное содержание углерода и водорода в нефти около 97–98%
(по весу), в том числе углерода 83–87% и водорода 11–14%.
Кроме углеводородов в состав нефти в незначительных количествах входят
химические соединения, содержащие кислород, серу и азот. Углеводородный
состав нефти изменяется в различных месторождениях. Кислорода, серы и
азота в нефти обычно 2–3% (но весу), но содержание каждою из них колеблется
в широких пределах от десятых и даже сотых долей процента до целых
процентов.
Процентное содержание в нефти химических элементов, т. е. так
называемый элементарный состав нефти, характеризует ее как сырье для
получения автомобильных топлива и масел. Многочисленные углеводороды,
входящие в состав нефти, различаются молекулярным весом, количеством
атомов углерода и водорода в их молекулах и структурой, т. е. расположением
атомов углерода и водорода в молекуле, а также характером валентных связей
между атомами углерода. Молекула самого простого углеводорода нефти —
метана содержит один атом углерода. Все другие более сложные и с большим
молекулярным весом углеводороды содержат в одной молекуле более одного
атома углерода. Причем атомы углерода могут располагаться в ряд в виде
открытой цепи, и тогда такую структуру углеводородов называют нормальной
(цепной), или же в виде замкнутых колец (циклонов), имеющих 5 и 6 атомов
16
углерода в кольце, и тогда ее называют циклической. Углеводороды, имеющие
одинаковую формулу, но различное строение, называют изомерными.
Атомы углерода в молекулах могут соединяться между собой одинарной
(простой) или двойной валентной связью. Первые углеводороды называются
насыщенными (предельными), а вторые — ненасыщенными (непредельными).
Все углеводороды нефти подразделяют на следующие группы (ряды):
парафиновые (алканы), нафтеновые (цикланы) и ароматические (бензольные).
Парафиновые углеводороды присутствуют в нефти в больших количествах
(свыше 50 %), относятся к насыщенным и имеют цепную структуру. Входящие
в этот ряд метан, этан, пропан и бутан при нормальных условиях, т. с. при
давлении 760 мм рт. ст. и температуре 0°С, находятся в газообразном
состоянии. Ароматические и изомерные парафиновые углеводороды улучшают
качество бензинов (детонационную стойкость), а нормальные углеводороды
парафинового ряда улучшают качество дизельных топлив
(самовоспламеняемость).
2.2. Бензин и его свойства
Как моторное топливо бензин используется в двигателях с
принудительным зажиганием. Применение таких двигателей на водном
транспорте весьма ограничено, хотя их можно встретить на некоторых видах
портовой подъемно-транспортной техники и на судах маломерного флота, в том
числе на спасательных и дежурных шлюпках.
Бензин получают путем отбора фракций нефти (см. главу 1), выкипающих
в определенных температурных пределах: до 100 °C — бензин I сорта, до
110 °C — бензин специальный, до 130 °C — бензин II сорта.
Основные свойства бензина
Теплота сгорания топлива — это количество теплоты, получаемой при
сгорании одного килограмма топлива. Для бензина она составляет 43–44
кДж/кг, для дизельного топлива — 41–42 кДж/кг, для моторного топлива и
мазута — 39–41 кДж/кг.
Температура вспышки — это температура, при которой пары бензина в
специальном приборе вспыхивают при поднесении открытого пламени и гаснут
при его устранении. Эта температура характеризует пожароопасные свойства
топлив. Для большинства марок бензина она составляет 21°С.
Октановое число характеризует детонационную стойкость бензина,
являющуюся важнейшим его эксплуатационным качеством.
Детонационная стойкость бензина оценивается октановым числом,
указываемым в стандартах или технических условиях на свойства бензина.
17
Показатель октанового числа входит в маркировку бензина. Октановое число
бензина численно равно процентному (по объему) содержанию изооктана в
такой смеси с нормальным гептаном, которая равноценна по детонационной
стойкости испытуемому бензину. Чем выше октановое число, тем более стоек
бензин перед детонацией и тем лучшими эксплуатационными качествами он
обладает.
При сопоставимых условиях бензины с более легким фракционным
составом имеют более высокое октановое число. Лучше противостоят
детонации бензины, в которых преобладают ароматические углеводороды,
затем следуют нафтеновые, и наименьшая детонационная стойкость у
бензинов, состоящих в основном из нормальных парафиновых углеводородов.
Наличие в бензине сернистых соединений и смолистых веществ понижает
его октановое число, поэтому содержание их в бензине строго контролируется.
Детонация чаще всего возникает при работе прогретого двигателя на
полной нагрузке при небольшом числе оборотов коленчатого вала.
Возникновению детонации способствует ухудшение охлаждения двигателя
(нагар, накипь, пробуксовка ремня вентилятора и др.), увеличение открытия
дросселя, уменьшение числа оборотов коленчатого вала двигателя, увеличение
угла опережения зажигания.
Изменяя режим работы двигателя, можно предотвратить или прекратить
уже начавшуюся детонацию.
Октановое число бензина повышается путем добавления к бензину
высокооктановых компонентов или присадок-антидетонаторов.
Механические примеси в бензине не допускаются. Они приводят к засорению
топливных фильтров, топливопроводов, жиклеров, что нарушает нормальную
работу двигателя, увеличивает износ цилиндров и поршневых колец.
Наличие воды в бензине также исключено. Она опасна прежде всего при
температуре ниже 0°С, так как, замерзая, образует кристаллы, которые могут
преградить доступ бензина в цилиндры двигателя. Кроме того, вода
способствует осмолению бензина, а также вызывает коррозию топливных баков
и резервуаров.
На безотказную работу двигателя, развиваемую им мощность и расход
бензина кроме рассмотренных свойств оказывают некоторое влияние и другие
физико-химические свойства. Так, развиваемая двигателем мощность зависит
от теплоты сгорания топлива. В то же время у применяемых марок бензинов
теплота сгорания практически различается незначительно.
Для автомобильных бензинов вязкость и плотность не нормируются.
Фактическое отклонение вязкости и плотности бензинов одной марки не вызывает
необходимости изменять регулировку и режим работы двигателя для разных
партий бензина. Однако в этом может возникнуть необходимость при переходе на
летний или зимний период эксплуатации или на бензин другой марки.
18
Плотностью бензина называется его масса, содержащаяся в единице
объема. Чаще всего плотность определяется нефтеденсиметром при 20°С. С
понижением температуры вязкость и плотность возрастают. Увеличение
вязкости уменьшает пропускную способность жиклеров, а с повышением
плотности увеличивается количество одного и того же объема бензина,
поступающего через жиклеры.
Кроме перечисленных физико-химических свойств на износ двигателя и на
затраты по уходу за транспортным средством влияет также содержание в
бензине минеральных и органических кислот, щелочей, смол, серы и ее
соединений.
Водорастворимые (минеральные) кислоты и щелочи коррозируют
металлы, и их присутствие в бензине вызывает интенсивный износ деталей
двигателя. В бензине в результате некачественной очистки могут оказаться
серная кислота и щелочь. Стандартами на автомобильные бензины не
допускается содержание в них хотя бы следов водорастворимых кислот и
щелочей. Поэтому бензин подвергают качественной проверке на
нейтральность, чтобы установить его соответствие требованиям стандарта в
части содержания в нем водорастворимых кислот и щелочей.
Органические (высокомолекулярные нафтеновые нерастворимые в воде)
кислоты коррозируют металлы значительно слабее, чем минеральные. В
основном, они представляют опасность для цветных металлов, и в первую
очередь для свинца и меди. Железо, например, поддается коррозии под
действием органических кислот в десятки раз слабее, чем свинец и медь.
Поэтому органические кислоты в бензине приводят к ускоренному износу
вкладышей коренных и шатунных подшипников коленчатого вала, втулок
верхней головки шатуна и других деталей из цветных металлов (кроме
алюминиевых). Органические кислоты могут вызвать закупорку
топливопроводов системы питания в результате попадания в них смол,
вызванных наличием кислоты и продуктов коррозии. Содержание
органических кислот в бензинах строго ограничивается.
Особой коррозионной агрессивностью отличаются активные сернистые
соединения, к которым относятся элементарная сера, сероводород и
меркаптаны. Присутствие активной серы в бензине не допускается. Неактивные
сернистые соединения вызывают коррозию только при их сгорании вместе с
бензином. При этом образуются газы, вызывающие коррозию деталей двигателя.
Кроме того, эти газы, проникая в картер двигателя и соприкасаясь с
конденсировавшимися парами воды и кислородом воздуха, образуют сильно
коррозирующие серную и сернистую кислоты, которые окисляют масло и
вызывают износ деталей. Некоторое количество неактивной серы в бензине все же
допускается, так как избавиться от нес трудно, особенно при переработке
сернистых нефтей. Так, содержание серы стандартом ограничено до 0,001–0,1 %.
19
Марки бензинов и их область их применения
В России автомобильные бензины выпускаются по ГОСТ 2084-77, ГОСТ Р
51105-97 и ГОСТ Р 51866-2002.
Требования к бензину зависят от конструктивных особенностей двигателя
и условий эксплуатации транспортного средства.
Бензиновый двигатель может развивать необходимую мощность, иметь
нормальный износ деталей и быть экономичным при работе только на бензине
соответствующего качества. При конструировании двигателя выбор степени
сжатия, интенсивности подогрева рабочей смеси, схемы топливоподачи,
устройства для облегчения пуска холодного двигателя и других
конструктивных параметров двигателя производится с учетом использования
определенного сорта бензина.
Нефтеперерабатывающей промышленностью выпускается несколько
марок автомобильных бензинов, каждая из которых предназначена для
определенных моделей двигателей и соответствующих условий эксплуатации.
Каждая марка бензина имеет свое условное обозначение, в которое входят
буквы и цифры. Буква «А» означает, что бензин автомобильный. Цифры,
следующие после букв, указывают минимальное октановое число бензина по
моторному методу, т.е. определяемое на специальной моторной установке.
Буквы «АИ» означают, что октановое число этого автомобильного бензина
определялось исследовательским (т.е. лабораторным) методом.
Автомобильные бензины с учетом климатических условий эксплуатации
выпускают двух сортов: летние и зимние. Летние сорта бензинов
предназначены для использования с 1 апреля по 1 октября во всех районах
России, кроме северных и северо-восточных, в остальное время года
применяют зимние сорта. Зимние сорта бензинов, кроме того, используют в
северных и северо-восточных районах круглогодично. Использование летних
сортов бензина зимой затрудняет пуск двигателя, вызывает увеличение расхода
топлива за счет снижения приемистости машины, увеличивает износ двигателя.
Использование зимних сортов бензина летом вызывает перерасход топлива,
перегрев двигателя; в этом случае двигатель работает неустойчиво, особенно
при резких изменениях режима работы.
Основные марки автомобильных бензинов по ГОСТ 2084-77:
А-72 — с октановым числом по моторному методу не менее 72;
А-76 — с октановым числом по моторному методу не менее 76 (позже
был наименован АИ-80 в соответствии с исследовательским методом);
АИ-91 — с октановым числом по исследовательскому методу не менее 91;
АИ-92 — с октановым числом по исследовательскому методу не менее 92;
АИ-95 — с октановым числом по исследовательскому методу не менее 95;
20
Методы повышения качества автомобильного бензина
Повысить качество автомобильных бензинов можно за счет следующих
мероприятий:
отказа от применения в составе бензинов соединений свинца;
снижения содержания в бензине серы до 0,05%, а в перспективе до
0,003%;
снижения содержания в бензине ароматических углеводородов до 45%, а
в перспективе до 35%;
нормирования концентрации фактических смол в бензинах на месте
применения на уровне не более 5 мг на 100 см³;
деления бензинов по фракционному составу и давлению насыщенных
паров на 8 классов с учетом сезона эксплуатации автомобилей и
температуры окружающей среды, характерной для конкретной
климатической зоны. Наличие классов позволяет выпускать бензин со
свойствами, оптимальными для реальных температур окружающего
воздуха, что обеспечивает работу двигателей без образования паровых
пробок при температурах воздуха до +60 °С, а также гарантирует
высокую испаряемость бензинов и легкий пуск двигателя при
температурах ниже −35 °С;
введения моющих присадок, не допускающих загрязнения и осмоления
деталей топливной аппаратуры. Наиболее массовые отечественные
бензины А-76, АИ-93 (ГОСТ 2084-77) и АИ-92 (ТУ 38.001165-97) не
отвечают указанным требованиям по содержанию свинца (для
этилированных бензинов), массовой доли серы, отсутствию
регламентации содержания бензола и моющих присадок.
2.3. Дизельное топливо
Дизельное топливо после бензина относится к самым массовым продуктам,
применяемым на транспорте. Оно используется в высоко- и среднеоборотных
дизелях самого различного назначения, а также во многих типах котельных
установок.
Дизельное топливо получают путем прямой перегонки или
каталитического крекинга керосино-соляровых фракций нефти; оно состоит в
основном из керосиновых, газойлевых, а иногда и лигроиновых фракций. По
групповому составу дизельное топливо преимущественно содержит
парафиновые и нафтеновые углеводороды, и лишь незначительное количество
ароматических углеводородов.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]