Классификация нефтяных топлив

Общая классификация нефтяных топлив устанавливается ГОСТом 28577.0-90.

В этот стандарт включены пять нефтепродуктов:

Группа топлива	Характеристика
G	Газообразные топлива. Газообразные топлива нефтяного происхождения, состоящие в основном из метана и (или) этана.
L	Сжиженные газообразные топлива. Газообразные топлива нефтяного происхождения, состоящие в основном из пропана и пропена и (или) бутена и бутана.
D	Дистиллятные топлива. Топлива нефтяного происхождения (бензины, керосины, газойли и дизельные топлива), за исключением сжиженных нефтяных газов и топлив.   Тяжелые дистилляты, которые могут содержать не большое количество остатков.
R	Остаточные топлива.   Нефтяные топлива, содержащие остаточные фракции процесса перегонки.
C	Нефтяные коксы.   Твердые топлива нефтяного происхождения, состоя­щие в основном из углерода и полученные в процессе гидрокрекинга.

Кокс нефтяной (углерод нефтяного происхождения) — твердый остаток вторичной переработки нефти или нефтепродуктов. Используется для изготовления электродов и коррозионноустойчивой аппаратуры, восстановитель при получении ферросплавов.

Нефтяные коксы по внешнему виду представляют пористую твердую неплавкую и нерастворимую массу от темно-серого до черного цвета. Состоят из высококонденсированных высокоароматизированных полициклических углеводородов с небольшим содержанием водорода, а также других органических соединений. По способу получения нефтяные коксы можно разделить на коксы, получаемые замедленным коксованием и коксованием в обогреваемых кубах.

Нефтяная промышленность выпускает большое количество раз­нообразных сортов жидкого топлива для двигателей внутреннего сгорания, паровых котлов и промышленных печей. В зависимости от условий, в которых применяется и сгорает топливо, к нему предъ­являются специфические требования. Нефтяное топливо делится на следующие группы:

1) карбюраторное топливо;

2) дизельное топливо;

3) топливо для воздушно-реактивных двигателей;

4) котельное и газотурбинное топливо.

К этому же типу нефтепродуктов примыкают осветительные керо­сины и бензины-растворители.

КАРБЮРАТОРНОЕ ТОПЛИВО

В эту группу нефтепродуктов входят все сорта авиационных и ав­томобильных бензинов, предназначенных для двигателей с зажига­нием от искры. К этим бензинам предъявляются принципиально однозначные требования. Однако нормируемые показатели, харак­теризующие эти требования, по своей величине для разных сортов карбюраторных топлив могут значительно отличаться в зависимости от технической характеристики двигателей, для которых предназна­чен тот или иной сорт топлива.

К карбюраторным топливам предъявляются следующие основные требования:

Топливо должно обеспечивать работу двигателя на всех режи­мах без детонации. Поэтому главным показателем для всех карбю­раторных топлив является октановое число, а для авиационных бен­зинов и сортность, характеризующая детонационную стойкость бен­зина при работе на богатых смесях. Для увеличения детонационной стойкости к авиабензинам и к некоторым автобензинам добавляется в определенных количествах антидетонатор — этиловая жидкость

Фракционный состав топлива должен обеспечивать легкий за­пуск двигателя и хорошую испаряемость горючего.

Топливо не должно образовывать газовых пробок в топливопо- дающей системе авиационных и автомобильных двигателей. Для обеспечения этого требования нормируется высший предел давления насыщенных паров, составляющих 0,048 МПа (360 мм рт. ст.) для авиабензинов и 0,067 МПа (500 мм рт. ст.) для автобензинов при 38 °С.

Топливо должно быть химически стабильным и не содержать смол. Многие сорта карбюраторных топлив получаются смешением фракций прямой гонки с крекинг-дистиллятами и поэтому содержат нестойкие ненасыщенные углеводороды. Эти углеводороды окисля­ются, полимеризуются, и в топливе во время хранения накапливаются смолы. Это резко ухудшает эксплуатационные свойства топлив. Для повышения химической стабильности топлив к ним добавляется нормируемое количество антиокислителя (например, гс-оксидифенил- амин).

Химическая стабильность топлив характеризуется длительно­стью индукционного периода окисления и содержанием фактических смол. Для некоторых бензинов установлена также предельная вели­чина йодного числа.

Для этилированных авиационных бензинов контролируется еще так называемый «период стабильности», который характеризует: устойчивость добавленного к бензину тетраэтилсвинца в условиях ускоренного окисления.

Топливо должно быть нейтральным, не вызывать коррозии де­талей двигателя и не содержать активных сернистых соединений. Для обеспечения этих важных требований в технические нормы на карбюраторные топлива введены следующие показатели: кислот­ность, содержание общей и меркаптановой серы, содержание водорас­творимых кислот и щелочей (должны отсутствовать), испытание на медную пластинку.

Авиационные топлива не должны застывать и выделять кристал­лы при низких температурах (до —60 °С). Выделение кристаллов углеводородов или воды, которая могла накопиться в топливе вслед­ствие его гигроскопичности, очень опасно, так как это может вызвать засорение топливоподающей системы. Низкотемпературные свой­ства бензинов контролируются определением температуры начала кристаллизации.

Все карбюраторные топлива не должны содержать воды и меха­нических примесей.

ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО

Дизельное топливо предназначено для быстроходных и тихоход­ных двигателей с воспламенением от сжатия. Для быстроходных двигателей этого типа применяется дистиллятное топливо широкого фракционного состава (керосино-газойлевые фракции). Оно делится на две подгруппы: топливо дизельное автотракторное и топливо для быстроходных дизелей. Физико-химические свойства и фракцион­ный состав дистиллятного дизельного топлива должны обеспечивать эксплуатационные требования, вытекающие из особенностей работы днигателей дизеля.

Топливо должно бесперебойно подаваться по топливоподающей системе (трубопроводы, фильтры, насосы, форсунки). Поэтому оно должно обладать низкими температурами помутнения и застывания, определенной не слишком высокой вязкостью [в пределах 2—8 мм²/с (2—8 сСт при 20 °С)] и не должно содержать твердых примесей и во­ды. Низкотемпературные свойства и вязкость имеют большое зна­чение и для обеспечения всевозможных товаро-транспортных опера­ций (перекачки, заправки машин и т. п.). Топлива с высокой темпера­турой застывания вообще непригодны для применения в зимних условиях. Ввиду важности этого показателя обе подгруппы топлива для быстроходных дизелей делятся на летние, зимние и специаль­ные сорта, резко отличающиеся друг от друга по температурам засты- иания (от —60 до —15 °С).

Топливо должно обеспечить хорошее смесеобразование в ци­линдре двигателя, т. е. в весьма малое время, порядка тысячных долей секунды, оно должно быть распылено и равномерно распре­делено в сжатом воздухе. Процесс смесеобразования зависит от систе­мы подачи топлива, от конструкции камеры сгорания, а также от вяз­кости топлива и в несколько меньшей мере от его фракционного состава.

Топливо должно иметь хорошие воспламенительные свойства, т. е. низкую температуру самовоспламенения и малый период за­держки воспламенения. Топливо должно также обеспечить плавное сгорание рабочей смеси. Эти качества топлива, как известно, харак­теризуются цетановым числом, величина которого в пределах 40— 50 единиц нормируется для дистиллятного дизельного топлива.^у

Топливо не должно давать нагаров на форсунках и в камере сгорания. Нагарообразование замечается при применении топлив, содержащих крекинг-продукты, а также тяжелые остатки. Утяжеле­ние фракционного состава приводит также к неполноте сгорания и задымленности выхлопа, что особенно неприятно в условиях го­родского транспорта. Нормируемыми показателями, характеризу­ющими эти свойства дизельного топлива, являются: 96%-ная точка фракционного состава, коксуемость топлива, коксуемость 10%-ного остатка, а для автотракторных дизельных топлив, содержащих крекинг-компоненты, — йодное число и содержание фактических смол.

Топливо и продукты его сгорания не должны вызывать коррозии деталей двигателяУТопливо не должно содержать воды и механиче­ских примесей.

B дизельном топливе определяют также зольность, которая не должна превышать 0,02%, и температуру вспышки, характеризу­ющую его пожароопасность.

Для тихоходных двигателей с воспламенением от сжатия, при­меняемых в морском и речном флоте и на различных предприятиях в стационарных условиях, предназначаются более тяжелые сори дизельного топлива. Они изготавливаются из остаточных и дистиИ лятных нефтепродуктов при их смешении, а также из смол, получяемых при термической переработке углей и сланцев. Тихоходные двигатели значительно менее требовательны к качеству топлива, благодаря низкой частоте вращения двигателя и возможности в стационар­ных условиях компрессорного распыления топлива, его предвари­тельного подогрева, а также очистки от воды и механических примесей.

Вязкость сортов топлива для тихоходных дизелей изменяется от 36 до 60 мм²/с (от 36 до 66 сСт) при 50 °С, а температура застыва­ния должна быть в пределах от —5 до+ 5 °С. Допускается коксу­емость до 3—4% и содержание воды и механических примесей до. 0,1%. Во избежание коррозии и абразивного износа деталей двигателя сероводород, водорастворимые кислоты и щелочи в топливе должны отсутствовать, a его зольность не должна превышать 0,08%

ТОПЛИВО ДЛЯ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

В качестве топлива для турбокомпрессорных воздушно-реактив­ных двигателей (ТКВРД) применяются светлые дистилляты прямой гонки и гидрокрекинга.

Различные сорта реактивных топлив значительно отличаются друг от друга по фракционному составу. Так, топливо Т-2 предста вляет собой широкую бензино-керосиновую фракцию (60—280 °С) авиационные керосины (Т-1, TG-1, РТ) выкипают в пределах (135— 250—280 °С), а утяжеленные топлива для высокоскоростных самоле тов (Т-5, Т-6, Т-8) - в пределах 195-315 °С. 1

К реактивным топливам предъявляются высокие требования в отношении их бесперебойной подачи в двигатель, термоокисяительной стабильности, отсутствия коррозионной агрессивности.

Коррозионная активность этих топлив проверяется испытанием на медную пластинку, которое они должны выдерживать.

Термоокислительная стабильность характеризуется количест­вом осадка после окисления топлива в статических условиях при 150 °С в течение 4 ч с использованием в качестве катализатора медной пластинки. Определение ведется в приборе JICAPT по ГОСТ 9144—5

или в бомбе для определения индукционного периода бензинов. Количество осадка после окисления не должно превышать 6— 18 мг/100 мл для разных сортов.

С эксплуатационной точки зрения большое значение имеет также образование нагаров в двигателе в процессе сгорания топлива. Отложение нагара вызывает много разнообразных отрицательных последствий, включая онижение эффективности сгорания, эрозию лопаток турбины и даже прогорание камер сгорания. Наиболее от­ветственны за нагарообразование входящие в состав топлива арома­тические моно- и бициклические углеводороды, особенно без боковых парафиновых цепей, в молекулах.

Способность реактивных топлив к нагарообразованию оцени­вается специальным показателем — высотой некоптящего пламени, измеряемой в миллиметрах. Чем больше высота некоптящего пла­мени, тем меньше нагарообразующая способность топлива. Этот показатель определяется путем сжигания топлива в стандартной фитильной лампе и по техническим условиям должен быть не менее 20—25 мм.

Сравнительно недавно для некоторых сортов топлива, предназна- - ченных для реактивных двигателей со сверхзвуковой скоростью в частности для РТ (ГОСТ 16564—71) введен новый показатель каче­ства люминометрическое число. Этим показателем оценивается интенсивность излучения пламени испытуемого топлива. Чем боль­шая доля тепловой энергии выделяется топливом при сгорании пу­тем радиации (относительно конвекции и теплопроводности), тем больше стенки камеры сгорания перегреваются, что влечет за собой их коробление и прогорание. Следовательно, от характера пламени в камере сгорания зависит срок службы реактивного двигателя.

Повышенная интенсивность излучения пламени, т. е. его яркость, является следствием появления в газовом потоке раскаленных ча­стиц углерода (сажи или нагара). Исследования показали, что этому способствует наличие в топливе углеводородов с большим отноше­нием С: Н и особенно бициклических ароматических углеводородов.

Для топлив с высоким люминометрическим числом радиация пламени ниже, а эффективность сгорания выше. Такое топливо, оче­видно, и менее склонно к нагарообразованию.

Люминометрическое число-реактивного топлива зависит от ряда факторов, среди которых немалое значение имеет химический состав топлива. Наибольшие люминометрические числа характерны для нормальных парафиновых углеводородов, затем идут изопарафины, нафтены, олефины, диолефины и, наконец, ароматические углеводо­роды. Внутри каждого гомологического ряда величина люминомет- рического числа убывает по мере увеличения числа атомов углерода в молекуле.

Одним из важнейших требований к топливам является обеспечение максимальной дальности полета самолета. Это требование связано и с большими удельными расходами топлива.

Высокая теплота сгорания топлива позволяет снизить его удельный расход, а единовременная загрузка баков самолета будет тем больше, чем выше плотность топлива. Поэтому для реактивных топлив нор­мируется также плотность, а основной энергетической характеристи­кой их является низшая теплота сгорания, которая должна быть не менее 42 915—43 125 кДж/кг (10 250—10 300 ккал/кг) для разных _; сортов.. •

Учитывая несколько меньшую теплоту сгорания (на единицу массы) ароматических углеводородов по сравнению с нафтенами и парафинами, а также их повышенную склонность к дымлению при сгорании и к образованию нагаров, содержание этих углеводородов по техническим условиям органичивается 10—22% для разных сор­тов.

КОТЕЛЬНОЕ И ГАЗОТУРБИННОЕ ТОПЛИВО

В группу котельных топлив включены мазуты различной вяз­кости и различного происхождения. Они предназначены для исполь­зования в качестве горючего для котельных установок и промышлен­ных печей. В последнее время мазуты стали применять как топливо и в газовых турбинах. Во всех случаях применения котельное то­пливо подается в зону горения и распыляется при помощи форсунок. В качестве котельного топлива используют мазуты прямой гонки нефти, крекинг-мазуты и их смеси, а также в небольшом количестве продукты термической переработки сланцев и каменного угля.

Товарные сорта котельного топлива объединяются в две группы по областям применения: мазут флотский — для котлов морских и речных судов и топливо нефтяное (мазут) — для стационарных котельных установок И промышленных печей. Внутри каждой группы мазуты маркируются по величине вязкости, которая изменяется в широких пределах, примерно от 2,5 до 15,5 градусов условной вязкости при 80 °С.

Вязкость котельного топлива определяет возможность и условия его транспортирования, перекачки и распыления форсунками. В связи с высокой вязкостью и высокой температурой застывания мазутов большинство операций с ними проводят при подогреве. В зависимости от условий эксплуатации, типа применяемых форсу­нок и возможностей подогрева выбирают ту или иную марку котель­ного топлива.

Основное преимущество жидкого нефтяного топлива перед твер­дым заключается в его высокой теплоте сгорания. Это важное экс­плуатационное свойство нормируется для всех марок мазутов. Все мазуты содержат значительное количество серы. Во флотских мазу­тах допускается наличие не более 0,8—2% серы. Нефтяное топливо делится на малосернистые (до 0,5%), сернистые (до 1,0%) и высоко­сернистые (до 3,5% серы) марки. Следует отметить, что сернистые соединения, входящие в состав мазутов, мало активны и с точки зрения коррозии не представляют большой опасности. Однако дымо­вые газы от сжигания сернистых мазутов содержат S0₂ и SO_s и мо­гут вызывать отравления, а при наличии влажности становятся кор- розионно-агрессивными.

Важной технической характеристикой мазутов является темпе­ратура застывания. Благодаря высокой вязкости остаточных нефте­продуктов -и присутствию в них твердых углеводородов и смол топочные мазуты застывают при температуре выше О °С (от 5 до 35 °С для разных марок). Эта константа определяет условие применения данного сорта топлива.

Во время транспортировки и при разогреве острым паром ма­зуты сильно обводняются. Наличие воды ухудшает процесс сгорания топлива, снижает к.п.д. установки, приводит к отложению солей и усиливает коррозию, особенно в случае применения сернистых ма­рок мазута. Нормами допускается содержание воды не более 1—2%. В котельном топливе нормируется также содержание механических примесей, которые могут нарушить работу форсунок; температура вспышки, характеризующая пожарную безопасность топлива; золь­ность и содержание водорастворимых кислот и щелочей (должны отсутствовать).

В качестве топлива для газовых турбин могут применяться са­мые разнообразие нефтяные продукты от газов до тяжелых остатков. Чаще всего используются различные газойлевые фракции и мазуты. Специфическим требованием к жидким газотурбинным топливам является почти полное отсутствие ванадия, который крайне корро- зионно агрессивен к металлу лопаток газовых турбин. По техниче­ским нормам содержание ванадия не должно превышать 0,0003— 0,0007%.

ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ КЕРОСИНЫ

Осветительные керосины предназначены для сжигания в лампах и в бытовых нагревательных приборах.

Керосин должен легко подниматься по фитилю, гореть ярким белым ровным пламенем и не давать копоти и нагара. Для удовлетво­рения этих требований керосины готовят из дистиллятов прямой гонки и подвергают очистке. Качество очистки контролируют опре­делением цвета и высоты некоптящего пламени керосина. Для керо­сина нормируются также: отсутствие воды, механических примесей, водорастворимых кислот и щелочей; кислотность; зольность; содер­жание серы; температура помутнения; температура вспышки; плот­ность и фракционный состав.

Марки осветительных керосинов (К0-20, КО-22, КО-25, КО-ЗО) отличаются друг от друга в основном по высоте некоптящего пламени (от 20 до 30 мм) и соответственно по плотности (от 0,830 до 0,790 г/мл). Утяжеленный керосин (пиронафт) с температурой вспышки 90 °С предназначен для ламп, применяемых в огнеопасных помещениях.

БЕНЗИНЫ-РАСТВОРИТЕЛИ

Для резиновой, лакокрасочной, жировой промышленности и для других потребителей выпускаются прямогонные бензины-раствори­тели различного фракционного состава в зависимости от области применения. Помимо фракционного состава для них нормируются показатели, указывающие на чистоту этих растворителей: отсутст­вие тетраэтилсвинца, воды, механических примесей, водораствори­мых кислот и щелочей, минимальное йодное число, содержание фак­тических смол, содержание серы и кислотность. Кроме того, строго нормируется содержание ароматических углеводородов ввиду боль­шей токсичности их по сравнению с алканами и цикланами. Специ­фическим для растворителей свойством является скорость их улету­чивания. Это свойство для уайт-спирита (растворитель для лакокра­сочной промышленности) контролируется скоростью улетучивания по ксилолу, которая должна быть в 3—4,5 раза больше, чем у ксилола, а для растворителя, применяемого в резиновой промышленности, бензина БР-1— испытанием на образование масляного пятна, которое проводится с остатками от перегонки.

Дата добавления: 2015-07-07