Нафта й продукти її переробки

РІДКЕ Й ГАЗОПОДІБНЕ ПАЛИВО

Нафта (від перс. «нефт» - спалахувати, запалювати, інд. «нефата» - просочуватися) – рідка пальна копалина, масляниста рідина звичайно темно-бурого кольору, іноді із червонуватим, жовтогарячим відтінком. Її щільність – 750-970 кг/ , теплота згоряння – 43, 7-46,2 МДж/кг. По составі нафта - складна суміш вуглеводнів з домішкою кисню, сірчистих і азотистих з'єднань, води й мінеральних речовин. Вона містить 82-87 % вуглецю, 11, 5-14,5 % водню, 4-5 % домішок. Нафта класифікується по різних ознаках (мал. 5.1).

Нафту використовують як сировину для одержання різних продуктів за допомогою її глибокої переробки (зневоднювання, знесолення, деемульгування, перегонки, крекінг-процесу, піролізу, коксування, алкілірування, синтезу вуглеводнів і газів і т.д.) (мал. 3.4).

Перегонка нафти полягає в поділі її на фракції, тобто дистиляти, що киплять у межах фіксованих температур. Перегонка, здійснювана під тиском, близьким до атмосферного, називається прямій, або атмосферної. При цьому одержують наступні дистиляти при різних температурах кипіння, :

легкий бензиновий (ефір петролейний) - 30-90

бензиновий - 40-200

легроіновий - 110-230

гасовий - 140-300

газойлевий - 230-350

соляровий - 230-400

Залишок – мазут (60-80% маси вихідної нафти) – піддають перегонці у вакуумному середовищі, одержуючи масляні дистиляти – веретенний, машинний, циліндровий. Залишком вакуумної перегонки є гудрон (масляний концентрат).

Первична

Вторична

Методи переробки нафти

Зневоднювання крекінг термічний

знесолення каталітичний

деемульгування пиролиз

перегонка коксування

деструктивна

гідрогенізація

недеструктивна

синтез вуглеводів газів

алкілірування

Рис. 3.4. Методи переробки нафти

Вторинна (деструктивна) переробка здійснюється декількома способами: крекінгом (термічним і каталітичним), піролізом, коксуванням, гідрогенізацією й ін.

Крекінг – процес відносного збільшення змісту легких або більше летучих компонентів за рахунок зміни їхньої хімічної структури.

У паспортах, що характеризують якість палив, випаровуваність оцінюється фрикційним составом, тобто температурами початку кипіння й википан 10,50 і 90 % бензину й кінця його кипіння.

До рідкого палива відносять карбюраторне, дизельне й котельне.

Однієї з найважливіших характеристик палива для карбюраторних двигунів є їхня детонаційна стійкість, тобто здатність протистояти детонаційному (вибухоподібному) горінню. При нормальному горінні швидкість поширення фронту полум'я становить 25-35 м/з, при детонаційному – 1500-2000 м/с. Таке миттєве згоряння робочої суміші приводить до занадто швидкого зношування деталей двигуна, його перегріву й зниженню потужності. Для підвищення детонаційної стійкості в бензини додають антидетонатори – бензол, ізооктан і особливо тетраетилсвинець (ТЕС). Тетраетилсвинець – важка масляниста безбарвна й досить отрутна рідина щільністю 1,65 г/ . Тому що ТЕС досить отрутний, хімічно активний, що може привести до корозії системи живлення двигуна й відкладенню окислів свинцю у двигуні, його вводять у паливо у вигляді етилової рідини (ЭЖ) – його розчину із бромистим етилом, діброметаном або іншими речовинами. Бензини, у які додана етилова рідина, називаються етілірованими. Вони завжди пофарбовані.

Показником детонаційної стійкості бензинів є октановое число, що дорівнює відсотку змісту ізооктану (має октанове число 100) у суміші його з нормальним гептаном (має октанове число 0). Так, октанове число суміші з 76 % ізооктану й 24 % нормального гептану дорівнює 76.

Октанове число автомобільних бензинів визначається двома методам: моторним і дослідницьким. По моторному методі октанове число бензину оцінюється на одноциліндровій установці ИТ 9-2М порівнянням його детонаційної стійкості й еталонного палива, що складає з ізооктану й гептану.

По дослідницькому методі детонаційна стійкість визначається на установці ИТ 9-6 у режимі роботи легкового автомобіля при його русі в умовах міста. Октанове число, певне дослідницьким методом, на 7-10 одиниць більше чим при моторному методі.

У зв'язку з тим, що в авіації застосовують двигуни, для яких потрібне паливо з октановим числом 100 і вище, була розроблена нова система оцінки антидетонаційної стійкості – Так звана шкала сортності. Її числове значення вказує на збільшення потужності мотора при роботі на даному паливі в порівнянні з роботою мотора на ізооктані. Наприклад, для бензину Б-100/130 цифри позначають, що бензин має сортність 100 на бідній суміші палива з повітрям і 130 - на багатої, через що він дає можливість розвивати потужність на 30 % більше, ніж на ізооктані.

Нафтова промисловість України виробляє наступні марки бензинів:

автомобільні – А-72, А-76, АИ-93 (літні й зимові), АИ-98, АИ-95 «Екстра» (октанове число не менш 95);

авіаційні – Б-70, Б-91/115, Б-95/130, Б-100/130.

У маркуванні А позначає автомобільний бензин, Б - авіаційний, И - те, що октанове число визначене дослідницьким методом, цифри - октанове число.

Етіліровані бензини пофарбовані в такі кольори: А-76 - жовтий, АИ-93 - оранжево-червоний, АИ-98 - зелений, Б-91/115 - зелений, Б-95/130 - жовтий, Б-100/130 - жовтогарячий.

Бензини А-72 і Б-70, як правило, неетиліровані, тому вони безбарвні. У цей час вітчизняна промисловість освоює високооктанові неетиліровані бензини. Етилірований бензин марки А-72 офарблюють у рожевий колір. Різні марки автомобільних бензинів застосовують для різних типів автомобілів (табл. 4.7).

Таблиця 4.7

Марки автомобільних бензинів

Марка бензину	Типи автомобілів
А-72	ГАЗ-51, ГАЗ-63, УАЗ-69, ЗИЛ-164, ЗИЛ-157
А-76	Зил-130, ЗИЛ-131, ГАЗ-53А, ГАЗ-66
АИ-93	Урал-375, ГАЗ-24, ЗАЗ (всіх модифікацій)
АИ-95 «Екстра»	ГАЗ-14, ЗИЛ-4104, ЗИЛ-117
АИ-98	Для двигунів легкових автомобілів з підвищеним ступенем стиску

До основних властивостей карбюраторного палива ставляться також хімічна стабільність (стійкість до окислювання), низькотемпературні властивості (температура помутніння), тиск насичених пар (тиск при випарі), щільність і ін.

За останній час усе ширше застосовується дизельне паливо – нафтова фракція, основу якої становлять вуглеводні з температурою кипіння від 200 до 350 . Воно являє собою прозору рідину від жовтого до ясно-коричневого кольору. Як і бензин, дизельне паливо легше води й практично не розчиняється в ній.

При зниженні температури в дизельному паливі починають випадати кристали високоплавких вуглеводнів (відбувається помутніння палива). При подальшому охолодженні ці кристали утворять ажурний кристалічний каркас, що може скувати рухливість основної частини вуглеводнів (привести до застиганню палива). Тому важливими характеристиками дизельного палива є температури помутніння й застигання. Не менш важлива характеристика дизельного палива – в'язкість. Незначна в'язкість палива необхідна для достатньої швидкості протікання його по трубопроводах, полегшення подачі його насосами й полегшення фільтрації через фільтрувальні сітки й сукна.

Важливою якісною ознакою дизельного палива є також його фракційний состав.

Найбільш істотна експлуатаційна властивість дизельного палива – його здатність швидко запалюватися й плавно згоряти. Паливо, подане в циліндр дизеля, запалюється не відразу. Між початком упорскування палива і його запаленням проходить якийсь час, називане періодом затримки самозапалювання. Ніж коротше цей період, тим плавні й спокійніше згоряє паливо.

Займистість як основна властивість дизельного палива характеризується цетановим числом – процентним вмістом цетану (має цетанове число 100) у суміші з -метілнафтоліном (має цетанове число 0).

До найважливіших властивостей, що характеризують якість дизельного палива, ставляться також випаровуваність, коксівність (здатність палива утворювати при нагріванні кокс), фільтруємість і ін.

Дизельне паливо на відміну від карбюраторного подається в циліндри двигуна в краплиннорідкому стані. Знаходиться там нагрітий стиском повітря запалює паливо. Чим вище цетанове число, тим краще пускові властивості дизельного палива, тим менш тривалий період затримки самозапалювання, більше повнота згоряння палива, менше задимленість газів і відкладення нагару в камерах згоряння й форсунках. Для підвищення цетанового числа палива застосовують присадки: перекис ацетону й етілнітрат. Слід зазначити, що якість вітчизняного дизельного палива поки не викликає необхідності масового застосування присадок. Дизельне паливо виробляється двох видів:

· легке (малов’язке) – для швидкохідних дизелів із частотою обертання вала більше 800 про./мін;

· важке (більшегрузле) – для середньо- і малооборотних дизелів.

Марки палива для швидкохідних дизелів такі: ТАК - дизельне (для швидкохідних дизелів) арктичне; ДЗ - зимове; ДЛ - літнє; ДС - спеціальне. Для палива, отриманого із сірчистих нафти, маркування наступна: А, З, Л, ЗС - відповідно арктичне, зимове, літнє, зимове спеціальне (північне). Іноді в маркуванні присутня цифра, що вказує на процентний вміст сірки.

Дизельне паливо використовують при такій температурі: літнє – вище 0 , зимове вище -20 , північне – до -30 , арктичне – до -50 .

Цетанове число даних палив - не менш 45.

Крім того, випускають дизельне паливо марок ТЗ і ТЛ для тепловозів і судів (відповідно зимове й літнє).

Для середньо- і малооборотних двигунів використовують паливо наступних марок:

ДТ - для середньо- і малообертових дизелів;

ДМ - для суднових малообертових дизелів.

Реактивне паливо являє собою переважно продукт прямої перегонки нафти. Більшість реактивних двигунів можуть працювати на гасі й паливі широкого фракційного состава. Останнє використовується в літаках з дозвуковими швидкостями. Для двигунів з дозвуковою швидкістю польоту застосовуються марки палива Т-1, ТС-1, Т-2, для двигунів з надзвуковою швидкістю польоту - Т-5, Т-6, Т-8.

Реактивне паливо повинне гарне прокачується по паливоподаючій системі при високій і низкою температурах, повністю випаровуватися в камерах згоряння й запалюватися в широких межах состава паливної суміші з невеликим періодом затримки запалення стійко, повно, з високою швидкістю згоряння при великому надлишку повітря без утворення нагарів, а також мати високу теплоту згоряння, не корозувати деталі паливної системи.

Ракетне паливо буває рідким і твердим. У якості рідкого ракетного палива використовують вуглеводні нафти – авіаційний гас, крекінг-гас, бензин, суміш бензинових і гасових фракцій; спирти – метилові, етиловий, аміни, рідкий аміак, гідразин, рідкий водень. Окислювачами є концентрована азотна кислота, рідкий водень і ін.

У якості твердого ракетного палива застосовують органічні матеріали, головним чином натуральний і синтетичний каучук, поліуретанові й поліефірні смоли, нітроцелюлозу, нітрополівініловий спирт і нітрополістірол.

Види й марки моторного палива зазначені на мал. 3.5, а пропоновані до них вимоги - на мал. 3.6. Основні показники автомобільних бензинів і дизельного палива наведені в табл. 3.8-3.11.

У якості нафтового жидкотікучого палива застосовується мазут. Для транспортних і стаціонарних установок і промислових печей використовують мазут флотський – Ф-5, Ф-12, де 5 і 12 – величина умовної в'язкості при 50 ; мазут топковий – 40, 100, 200.

Моторне паливо

А-66 Легке Важке

А-72 ДА ДТ Для двигунів

А-76 ДЗ ДМ

АИ-93 ДЛ

АИ-98 ДС із дозвуковою зі сверхзвуко вою «Экстра» ТЗ швидкістю швидкістю

ТЛ

Т-1 Т-5

ТС-1 Т-6

Т-2 Т-8

Рис. 3.5. Види й марки моторного палива

висока теплота згоряння температура помутніння й застывания

випаровуваність в'язкість

детонаційна стійкість фракційний состав

корозійна стійкість займистість

хімічна стабільність коксівність

низька температура замерзання щільність

зольність

вміст соди, механічних

домішок, водорозчинних зміст механічних домішок,

кислот, лугів і сірки кислот, лугів і води

Рис. 3.6. Вимоги, пропоновані до моторного палива, і його характеристики

Мазут топковий всіх марок містить багато золи, механічних домішок, води й сірки. Крім того, йому властива більше висока температура спалаху й застигання в порівнянні з іншими видами рідкого палива.

Таблиця 3.8

Дата добавления: 2015-05-23