Ahmetov_Pererab_nefti

среда. Так, при низких концентрациях в бензоле и нафталине (менее 2 и 16% соответственно) асфальтены находятся

вмолекулярном состоянии. При более высоких значениях концентрации в р-ре формируются ассоциаты, состоящие из множества молекул.

Все CAB отрицательно влияют на кач-во СМ (ухудшают цвет, увеличивают нагарообразование, понижают смазывающую способность и т.д.) и подлежат удалению. В составе нефт. битумов они обладают рядом ценных техн. св-в и придают им кач-ва, позволяющие широко использовать их. Гл. направления их использования: дорожные покрытия, гидроизоляционные мат-лы, строительство, произ-во кровельных изделий, битумно-асфальтеновых лаков, пластиков, пеков, коксов, связующих для брикетирования углей, порошковых ионитов и др.

Металлоорганические соед. МОС в осн. сосредоточены

вгудроне, хотя нек-рая часть из-за их летучести переходит

вмасляные дистилляты. Осн. часть металлов (V, Ni, Fe, Cu, Zn и др.) связана со смолами и асфальтенами. Знач. их часть находится в нефт. остатках в виде металлопорфириновых комплексов (напр., ванадилпорфирины и никельпорфирины).

Нефт. остатки, содерж. САВ и МОС, явл. трудноперерабатываемым сырьем для произв-ва МТ из-за повышенной их коксуемости и высокого содерж-я металлов, необратимо отравляющих кат-ры технол. процессов.

31

Лекция 4. Классификация нефтей, процессов их переработки и товарных нефтепродуктов

Классификация нефтей. Предложено множество науч. классификаций нефтей (хим., генетическая, технол. и др.), но до сих пор нет единой международной их классификации.

Хим. классификация. За ее основу принято преим. со- держ-е в нефти одного или нескольких классов углев-дов. Различают 6 типов нефтей: парафиновые, парафино-цик- лановые, циклановые, парафино-нафтено-ароматические, нафтено-ароматические и ароматические.

Впарафиновых нефтях (типа узеньской, жетыбайской) все фр-и содержат знач. кол-во алканов: бензиновые — не менее 50%, а масляные — 20% и более. Кол-во асфальтенов

исмол исключительно мало.

Впарафино-циклановых нефтях и их фр-ях преобладают алканы и циклоалканы, содерж-е аренов и САВ мало. К ним относят бол-во нефтей Урало-Поволжья и Зап. Сибири.

Для циклановых нефтей характерно высокое (до 60%

иболее) содерж-е циклоалканов во всех фр-ях. Они содержат min кол-во твердых парафинов, смол и асфальтенов. К циклановым относят нефти, добываемые в Баку (балаханская

исураханская) и на Эмбе (доссорская и макатская) и др.

Впарафино-нафтено-ароматических нефтях содержатся примерно в равных кол-вах углев-ды всех трех классов, твердых парафинов не более 1,5%. Кол-во смол и асфальтенов достигает 10%.

Нафтено-ароматические нефти характ-ся преобладающим содерж-ем цикланов и аренов, особенно в тяж. фр-ях. Алканы содержатся в небольшом кол-ве только в легк. фр-ях. В состав этих нефтей входит ок. 15–20% смол и асфальтенов.

Ароматические нефти характ-ся преобладанием аренов во всех фр-ях и высокой плотн. К ним относят прорвинскую в Казахстане и бугурусланскую в Татарстане.

Технол. классификация. Нефти подразделяют на:

1) 3 класса (I–III) по содерж-ю серы в нефти (малосернистые, сернистые и высокосернистые), а также в бензине (н.к. — 180°С), в РТ (120–240°С) и ДТ (240–350°С);

32

2)3 типа по потенциальному содерж-ю фр-й, перегоняющихся до 350°С (T1–T3);

3)4 группы по потенциальному содерж-ю базовых масел (М1–М4);

4)4 подгруппы по кач-ву базовых масел, оцениваемому индексом вязкости (И1–И4);

5)3 вида по содерж-ю парафинов (П1–П3).

Из малопарафинистых нефтей вида III можно получать

без ДП реактивные и зимние ДТ, а также дистил. базовые масла. Из парафинистых нефтей П2 без ДП можно получить РТ и лишь летнее ДТ. Из высокопарафинистых нефтей П3, содерж. более 6% парафинов, даже летнее ДТ можно получить только после ДП.

Предварительную оценку потенциальных возможностей нефт. сырья можно осуществить по комплексу показателей, входящих в технол. классификацию нефтей. Однако этих показателей недостаточно для определения набора технол. процессов, асортимента и кач-ва нефтепр-тов, для составления мат. баланса установок, цехов и НПЗ в целом и т.д. Для этих целей в лабораториях науч.-иссл. институтов проводят тщательные иссл. по установлению всех требуемых для проектных разработок показателей кач-ва исходного нефт. сырья, его узких фр-й, топливных и масляных компонентов, промежуточного сырья для технол. процессов и т.д. Рез-ты этих иссл. представляют обычно в виде кривых зависимости ИТК, плотн., ММ, содерж-я серы, низкотемпературных и вязкостных св-в от ФС нефти (рис. 2.1), а также в форме таблиц с показателями, характеризующими кач-во данной нефти, ее фр-й и компонентов нефтепр-тов. Справочный мат-л с подробными данными по физ.-хим. св-вам отеч. нефтей, имеющих пром. значение, приводится в многотомном издании «Нефти СССР»

(М.: Химия, 1971–1974).

Техн. классификация. Для оценки товарных кач-в подготовленных на промыслах нефтей в 2002 г. был разработан применительно к международным стандартам и принят новый ГОСТ России Р 51858–2002, в соответствии с к-рым (табл. 2.1) их подразделяют (классифицируют):

—по содерж-ю общей серы на четыре класса (1–4);

—по плотн. при 20°С на пять типов (0–4);

33

—по содерж-ю воды и хлористых солей на 3 группы (1–3);

—по содерж-ю серов-да и легк. меркаптанов на 3 вида (1–3).

Рис. 2.1. Характеристика нефти и ее остатка

Кроме того, тип нефти, поставляемой на экспорт, определяется помимо плотн. при 15°С дополнительно по след. показателям:

Условное обозначение марки нефти состоит из четырех цифр, соотв. обозначениям класса, типа, группы и вида нефти. Напр., нефть марки 2,2Э,1,2 означает, что она сернистая, поставляется на экспорт, ср. плотн., по кач-ву промысловой подготовки соответствует 1-й группе и по содерж-ю серов-да и легк. меркаптанов — 2-му виду.

34

Таблица 2.1 — Классификация и требования к качеству подготовленных на промыслах

нефтей по ГОСТ Р 51858–2002

35

Классификация процессов переработки нефти. Технол. процессы НПЗ принято классифицировать на след. две группы: физ. и хим.

1.Физ. (массообменными) процессами достигается разделение нефти на составляющие компоненты (топливные и масляные фр-и) без хим. превращений и удаление (извлечение) из фр-й нефти, нефт. остатков, масляных фр-й, г.кон-тов и газов нежелательных компонентов (полициклических аренов, асфальтенов, тугоплавких парафинов), неуглев-дных соед.

Физ. процессы по типу массообмена можно подразделить на типы:

1.1.Гравитационные (ЭЛОУ).

1.2.Ректификационные (AT, ABT, ГФУ и др.).

1.3.Экстракционные (ДА, селективная очистка, ДП кристаллизацией).

1.4.Адсорбц. (ДП цеолитная, контактная очистка).

1.5.Абсорбционные (АГФУ, очистка от H2S, CO2).

2.В хим. процессах переработка нефт. сырья осуществляется путем хим. превращений с получением новых продуктов, не содержащихся в исходном сырье. Хим. процессы, применяемые на совр. НПЗ, по способу активации хим. р-ций подразделяют на:

2.1.Термические (термол.).

2.2.Катал.

Термические по типу протекающих хим. р-ций можно подразделить на:

2.1.1.Термодеструктивные (ТК, ВБ, коксование, пиролиз, пекование, произ-во техн. углерода и др.).

2.1.2.Термоокислительные (произ-во битума, газификация кокса, углей и др.).

В термодеструктивных процессах протекают преим. р-ции распада (кр-га) молекул сырья на низкомолекулярные, а также р-ции конденсации с обр-ем высокомолекулярных продуктов, напр. кокса, пека и др.

КП по типу кат-за можно классифицировать на след. типы:

2.2.1.Гетеролитические, протекающие по механизму к-тного кат-за (КК, ал-е, полимеризация, произ-во эфиров и др.);

36

2.2.2.Гомол., протекающие по механизму окислитель- но-восстановительного (электронного) кат-за (ПВ

и синтез газов, метанола, элементной серы).

2.2.3Гидрокатал., протекающие по механизму бифункционального (сложного) кат-за (ГО, ГК, КР, ИЗ, гидродеар-я, ГДП и др.).

Классификация товарных нефтепродуктов. Нефтеперераб. пром-сть вырабатывает исключительно большой ассортимент (более 500 наименований) газообразных, жидких и твердых нефтепр-тов. Требования к ним весьма разнообразны и диктуются постоянно изменяющимися условиями применения или экспл. того или иного конкретного нефте- пр-та.

Поскольку требования как к объему произв-ва, так и к кач-ву товаров диктуют их потребители, то принято классифицировать нефтепр-ты по их назначению, т. е. по направлению их использования в отраслях народного хозяйства.

В соответствии с этим различают:

1.МТ.

2.Энергетические топлива.

3.Нефт. масла.

4.Углеродные и вяжущие мат-лы.

5.Нефтехим. сырье.

6.Нефтепр-ты спец. назначения.

МТ в зависимости от принципа работы двигателей под-

разделяют на:

1.1.Бензины (авиационные и автомобильные).

1.2.РТ.

1.3.ДТ.

Энергетические топлива подразделяют на:

2.1.Газотурбинные.

2.2.Котельные и судовые.

Нефт. масла подразделяют на смазочные и несмазочные.

Смазочные масла подразделяют на:

3.1.Моторные для поршневых и РД.

3.2.Трансмиссионные и осевые, предназначенные для смазки автомобильных и тракторных гипоидных

37

трансмиссий (зубчатых передач разл. типов) и шеек осей железнодорожных вагонов и тепловозов.

3.3.Индустриальные масла предназначены для смазки станков, машин и механизмов разл. пром. оборуд., работающих в разнообразных условиях и с различной скоростью и нагрузкой. По значению вязкости их подразделяют на легк. (швейное, сепараторное, вазелиновое, приборное, веретенное, велосит и др.), ср. (для ср. режимов скоростей и нагрузок) и тяж. (для смазки кранов, буровых установок, оборуд. мартеновских печей, прокатных станов и др.).

3.4.Энергетические масла (турбинные, компрессорные и цилиндровые) — для смазки энергетических установок и машин, работающих в условиях нагрузки,

повышенной t и воздействия воды, пара и воздуха. Несмазочные (спец.) масла предназначены не для смазки, а для применения в кач-ве рабочих жидкостей в тормозных системах, в пароструйных насосах и гидравлических устр-вах, в трансформаторах, конд-торах, маслонаполненных электрокабелях в кач-ве электроизолирующей среды (трансформаторное, конд-торное, гидравлическое, вакуумное), а также такие как вазелиновое, медицинское, парфю-

мерное, смазочно-охлаждающие жид-сти и др.

Углеродные и вяжущие мат-лы включают:

4.1.Нефт. коксы.

4.2.Битумы.

4.3.Нефт. пеки (связующие, пропитывающие, брикетные, волокнообразующие и специальные).

Нефтехим. сырье. К этой группе можно отнести:

5.1.Арены (бензол, толуол, ксилолы, нафталин и др.).

5.2.Сырье для пиролиза (нефтезаводские и попутные нефт. газы, прямогонные бензиновые фр-и, алкенсодерж. газы и др.).

5.3.Парафины и церезины. Вырабатываются как жидкие (получаемые карбамидной и адсорбц. ДП нефт. дистиллятов), так и твердые (получаемые при ДП масел). Жидкие парафины явл. сырьем для получения белкововитаминных концентратов, синтет. жирных к-т и ПАВ.

38

Нефтепр-ты спец. назначения подразделяют на:

6.1.Термогазойль (сырье для произв-ва техн. углерода).

6.2.Консистентные смазки (антифрикционные, защитные и уплотнительные).

6.3.Осветительный керосин.

6.4.Присадки к топливам и маслам, деэ-ры.

6.5.Элементная сера.

6.6.В-д и др.

39

Тема 3

Основы химмотологии моторных топлив

Лекция 5. Классификация тепловых двигателей и моторных топлив. Принципы работы двигателей внутреннего сгорания

В потреблении нефтепр-тов более 50% в наст. время приходится на МТ. Так, ежегодно в мире потребляется более 1,5 млрд т МТ, сжигаемых в миллионах ДВС, установленных в автомобильных, ж.-д. и авиационных транспортных машинах, речных и морских судах, сельскохозяйственной, строительной, горнорудной и военной технике т.д. В наст. время и в перспективе возможностей для удовлетворения потребностей в топливах и смазочных маслах (ТСМ) за счет увеличения объемов нефтеперераб. (т.е. экстенсивного развития) практ. исчерпаны. Углубление и химизация переработки нефти позволяет только частично, но не полностью, особенно в перспективе, peшить проблему обеспечения народного хозяйства ТСМ. Для преодоления несоответствия между потребностями в ТСМ и возможностями нефтеперераб. необходимы совместные усилия пр.вс. производителей как ТСМ, так и ДВС, а также их потребителей. Для peшения этой актуальной проблемы применимы след. три направления сбалансированного развития ТСМ и ДВС и их потребления:

1. Увеличение ресурсов ТСМ путем:

—углубления и химизации переработки нефти;

—оптимизации кач-ва ТСМ с целью расширения ресурсов

иснижения фактического их расхода при экспл. ДВС. 2. Снижение расхода ТСМ в ДВС путем:

—дизелизации автомобильного парка;

—конструктивного усовершенствования ДВС и транспортной техники;

—экономичной экспл. ДВС, техники и рациональным применением ТСМ.

40