14(2) Классификация нефтепродуктов. Топливо: виды, марка, основные показатели качества.

14(2) Классификация нефтепродуктов. Топливо: виды, марка, основные показатели качества.

Ассортимент нефтеперерабатывающей промышленности насчи­тывает более 500 наименований газообразных, жидких и твердых нефтепродуктов. Нефтепродукты в зависимости от назначения можно подразделить на: моторное топливо, энергетическое топливо, нефтяные масла, углеродные и вяжущие материалы, нефтехимическое сырье и нефтепродукты специального назначения.

Моторное топливо, применяемое в двигателях внут­реннего сгорания, составляет около 60 % объема всех нефтепро­дуктов. Моторное топливо — это светлые нефтепродукты, приме­няемые для сжигания в двигателях. Моторное топливо в зависимости от типа двигате­ля делится на топливо карбюраторное (бензин различных ма­рок и сортов), дизельное и реактивное.

Энергетическое топливо делится на газотурбинное, котельное топливо. Котельное топливо используют для эксплуатации транс­портных и стационарных тепловых установок, а также промыш­ленных печей. К нему относят ма­зут различных марок, сланцевое масло, топливо печное бытовое. Все нефтяное топливо, кроме котельного, подвергается очистке.

Вторую по объему производства ассортиментную группу неф­тепродуктов составляют нефтяные масла. Смазочные масла применяются для уменьшения силы трения и снижения износа тру­щихся поверхностей узлов механизмов и машин. Смазочные материалы разделяют на: моторные масла – для поршневых и реактивных двигателей; трансмиссионные масла и осевые для смазки автомобильных и тракторно-зубчатых передач различных типов, осей ж/д вагонов и тепловозов; индустриальные масла – для смазки станков и механизмов, они в свою очередь подразделяются на легкие – швейные, приборные, веретенные, средние – для средних режимов скоростей, тяжелые – краны, буровое оборудование, мартеновские печи, прокатный стан, энергетические масла – для смазки конструкций из которых получают энергию (турбины, компрессора). Несмазочные (трансформаторные, конденсаторные и др.) ма­териалы выполняют функцию антикоррозионных средств.

Углеродные и вяжущие материалы составляют третью группу то­варных нефтепродуктов. Их получают вакуумной перегонкой и окислением остатков перегонки нефти. Применяют их в строи­тельно-дорожных работах как кровельно-изоляционный матери­ал и для специальных целей. К ним относятся: нефтяные коксы для электродов и специальной аппаратуры, битумы для дорожного строительства и электрогидроизоляционных материалов, нефтяные пеки для электродов.

Нефтехимическое сырье. К нему относится: ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы и др.), сырье для пиролиза, твердые углеводороды (парафины, церезины). Так называемые твердые углеводоро­ды, получают разделением и очисткой продуктов, выделяемых при депарафинизации — удалении парафина из нефтяных фрак­ций.

К нефтепродуктам специального назначения относятся: термогазойль для производства технического углерода, пластичные (консистентные) смазки, осветительный керосин, растворители, присадки (добавки) к топливу.

Современный автомобильный бензин должен удовлетворять тре­бованиям, обеспечивающим экологичную и надежную работу дви­гателя:

• иметь хорошую испаряемость, позволяющую получить однородную топливовоздушную смесь оптимального состава при любых температурах;

• иметь групповой углеводородный состав, обеспечивающий устойчивый, бездетонационный процесс сгорания на всех режи­мах работы двигателя;

• не изменять своего состава и свойств при длительном хране­нии и не оказывать вредного воздействия на детали топливной системы, резервуары, резинотехнические изделия и т.п.

Автомобильный бензин — это легковоспламеняющаяся горючая жидкость, в состав которой входят углеводороды, выкипающие при температуре от 35 до 200 °С. Важнейшим свойством бензина является его способность в состоянии газообразной смеси воспламеняться и сгорать со скоростью распространения фронта пламени 25 — 35 м/с. В некоторых случаях процесс горения может приобрести взрывной, детонационный характер. Способность бензина противостоять взрывообразному горению называется детонационной стойкостью. Она оценивается октано­вым числом. Для любого бензина октановое число определяют пу­тем подбора смеси из двух эталонных углеводородов: изооктана — октановое число 100, и нормального гептана с октановым чис­лом, равным 0, которая по детонационным свойствам эквивалент­на испытуемому бензину. Процентное содержание в этой смеси изооктана принимают за октановое число.

Одним из принципов классификации различных марок бензи­на является октановое число. Существуют два метода его опреде­ления: исследовательский (ОЧИ — октановое число по исследо­вательскому методу), и моторный (ОЧМ — октановое число по моторному методу). В маркировке ни как не обозначается. Исследовательским методом оцениваются высокооктановые марки.

В России производятся автомобильные бензины пяти марок (ГОСТ 2084-77): А-72, А-76, АИ-91, АИ-93 и АИ-95. Буква «И» в маркировке указывает на применение исследовательского метода при определении октанового числа, цифры — октановое число. Бензин А-72 практически не вырабатывается из-за отсутствия техники, ко­торая бы его потребляла. Наиболее велика в производстве доля бен­зина марок А-76, А-92. Кроме перечисленных в России производятся также автомобильные бензины марок А-80, А-96, АИ-98.

Для повышения детонационной стойкости (повышения окта­нового числа) в процессе компаундирования можно увеличить в бензине долю высокооктановых компонентов. Однако это весьма дорогостоящий способ, поэтому используют более дешевый — введение в состав бензина специальных химических соединений — антидетонаторов. Наиболее эффективным антидетонатором явля­ется тетраэтилсвинец (ТЭС) — вещество крайне ядовитое и в настоящее время снят с производства.

Октановое число бензина можно повысить, вводя либо анти­детонаторы, либо присадки (добавки).

В отличие от антидетонаторов присадки увеличивают октано­вое число бензина за счет своего количества. Присадки, как пра­вило, имеют собственное октановое число выше 100.

В качестве октаноповышающих добавок в настоящее время ис­пользуются метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ), этанол, метил-циклопентадиэтилтрикарбонил марганца (МЦТМ) и этил-трет-бутиловый эфир (ЭТБЭ).

С учетом противоречивых требований к фракционному составу бензина у нас в стране вырабатывают два вида бензина — зимний и летний. Автомобильный бензин, за исключением марки АИ-98, подразделяется на летний — для применения во всех районах, кроме северных и северо-восточных, в период с 1 апреля по 30 сентября (в южных районах допускается применять летний вид бензина в течение всего года), и зимний — для применения в течение всех сезонов в северо-восточных районах, а в остальных районах с 1 октября по 31 марта. Эти виды бензина имеют опти­мальный фракционный состав для определенных температурных условий и позволяют без осложнений эксплуатировать автомоби­ли в различное время года в различных географических районах и климатических условиях.

От наличия в бензине тяжелых фракций углеводородов в зна­чительной мере зависят долговечность двигателя и его экономич­ность. Количество тяжелых фракций углеводородов обусловливает температуры конца кипения и перегонки 90 % бензина. Если эти температуры достаточно высоки, то тяжелые фракции не успева­ют испаряться во впускной системе и поступают в цилиндры дви­гателя в жидком виде. В результате часть их не успевает сгорать — экономичность двигателя снижается.

Тяжелые фракции бензина, осевшие на стенках цилиндра, смы­вают масло с трущихся поверхностей и ухудшают условия их смаз­ки, они попадают в картер двигателя и снижают вязкость масла, что также увеличивает износ двигателя. Несгоревшее в цилиндре топливо откладывается на поверхности камеры сгорания и порш­ней в виде нагара, который инициирует детонацию, калильное зажигание и другие нарушения в работе двигателя.

Поэтому, чем ниже температура конца кипения бензина и пе­регонки его 90 %, тем лучше бензин, двигатель долговечнее и эко­номичнее. Для бензина установлены нормы температуры перегон­ки его 90 % и конца его кипения: для летнего — соответственно не выше 180 и 195 °С, для зимнего — соответственно не выше 160 и 185 °С.

Новыми нормативными документами предусмотрено ужесточе­ние требований к показателям качества. Бензин с улучшенными экологическими свойствами должен содержать: бензола 1 — 3 %, серы не более 0,03 %, ароматических углеводородов не более 45 %, олефиновых углеводородов не более 20 % и применяться только с моющими присадками. Кроме того, принято решение, что автомо­бильный бензин, выпускаемый не по ГОСТ, а по ТУ, проходит обязательную сертификацию на соответствие ГОСТ 51313—99.

Дизельное топливо используется как на передвижных, так и на стационарных установках с дизелем, характеризующимся боль­шими экономичностью, приемистостью, надежностью, долговеч­ностью, меньшей пожароопасностью.

Работа дизеля существенно отличается от работы двигателя карбюраторного. Топливо подается в камеру сгорания через фор­сунки в капельно-жидком состоянии, смешивается с воздухом и воспламеняется от сжатия.

В качестве дизельного топлива используется нефтяная фрак­ция, основу которой составляют углеводороды с температурой кипения 170 — 360 °С (против 35 — 200 °С для бензинов). В ней со­держится по массе 87% углерода, 13% водорода, до 0,5% серы, незначительное количество кислорода и азота. По внешнему виду дизельное топливо — это жидкость от желтого до темно-коричне­вого цвета с высокой удельной теплотой сгорания (примерно 43 МДж/кг), что позволяет автомобилям с дизельными двигате­лями иметь большой запас хода. По объемам производства дизель­ное топливо находится на втором месте, несколько уступая то­почному мазуту и в 1,8 раза превосходя автомобильный бензин.

Дизельное топливо должно удовлетворять следующим требова­ниям:

• для обеспечения хорошего смесеобразования в цилиндрах двигателя иметь определенный фракционный состав. Так, 50 % зимнего дизельного топлива должны выкипать при температуре до 250 °С, летнего — до 280 °С. Чем больше в топливе легкокипящих фракций, тем быстрее оно испаряется после впрыска, обес­печивая лучшую полноту сгорания, малую дымность и более лег­кий пуск двигателя;

• хорошо течь, что необходимо для бесперебойной подачи в камеру сгорания, облегчения фильтрации и хорошего смесеобра­зования. Текучесть топлива характеризуется вязкостью при темпе­ратуре 20 °С;

• температура застывания должна обеспечивать надежность ра­боты двигателя зимой. При температуре ниже установленного зна­чения нарушается прокачиваемость дизельного топлива и невоз­можна его подача в цилиндры двигателя. Температура застывания летнего топлива должна быть не выше минус 10 °С, зимнего — не выше минус 35 °С, арктического — не выше минус 55 °С;

• быстро воспламеняться и плавно сгорать. Воспламенение топ­лива, поданного в камеру сгорания, происходит не сразу. Между моментом впрыскивания и воспламенением происходит распыле­ние топлива, перемешивание его с воздухом, нагревание, испа­рение и окисление. В результате накапливается тепло, повышается температура — топливо воспламеняется. Температуру, до которой нужно нагреть топливо в смеси с кислородом воздуха, чтобы на­чалось его горение, называют температурой самовоспламенения. Чем ниже температура самовоспламенения, тем легче запускает­ся холодный двигатель;

• иметь диапазон цетанового числа (ЦЧ) 45 — 50 единиц. Чем короче период задержки самовоспламенения, тем плавнее и эф­фективнее сгорает топливо. Этот период оценивается цетановым числом, т.е. процентным содержанием (по объему) цетана (ЦЧ-100) в искусственно приготовленной смеси с -метилнафталином (ЦЧ-0). Для повышения ЦЧ, особенно для топлива используемого при низких температурах, к нему добавляют специ­альные присадки — изопропилнитраты.

Кроме того, дизельное топливо должно обладать способнос­тью обеспечивать чистоту топливоподающей системы, деталей дви­гателя, не вызывать их коррозии, полностью сгорать, не образуя дыма, быть стабильным при хранении. Эти свойства в стандартах нормируются такими показателями качества, как коксовое чис­ло, температура вспышки, фильтруемость, наличие механичес­ких примесей и воды, содержание серы, кислотность.

Коксовое число характеризует способность топлива при темпе­ратуре 800 — 900 °С без доступа воздуха образовывать твердый ос­таток — кокс. Коксуемость зависит от наличия в топливе смолис­тых соединений, его вязкости и фракционного состава.

Температура вспышки определяет степень пожароопасности топ­лива при транспортировании, хранении и применении. Желатель­но, чтобы она была как можно более высокой.

Фильтруемость дизельного топлива показывает его способность предотвращать засорение фильтров и характеризуется специаль­ным коэффициентом. Чем ближе коэффициент фильтруемости к единице, тем выше качество дизельного топлива.

Содержание механических примесей и воды в дизельном топливе приводит к износу деталей и образованию ледяных пробок в зим­нее время года.

Отечественная нефтеперерабатывающая промышленность в соответствии с ГОСТ 305 — 82 вырабатывает дизельное топливо трех марок:

Л — летнее, применяется при температуре окружающего воз­духа выше 0 °С;

3 — зимнее, применяется при температуре до минус 30 °С;

А — арктическое, применяется при температуре до минус 50 °С.

Содержание серы в дизельном топливе марок Л и 3 не должно превышать 0,2 %, марки А — 0,4 %. Для экспорта в соответствии с ТУ 38.401-58-110—94 производится дизельное топливо с содержа­нием серы 0,2 %.

Коррозионные свойства (кислотность) топлива зависят от со­держания в нем органических кислот и серы, содержание их стро­го ограничивается.

Дизельные топлива, как и бензины, имеют условные обозна­чения. Например, Л-0,2-40: летнее, содержание серы 0,2 %, тем­пература вспышки 40 °С; 3-0,4-35: зимнее, содержание серы 0,4 %, температура застывания минус 35 °С. В обозначение арктического топлива входит только содержание серы.

В последние годы получило распространение наиболее эффек­тивное в условиях России дизельное топливо. Зимнее дизельное топливо с депрессорными присадками (ТУ 38.101889—81) марки ДЗп получают на базе летнего дизельного топлива путем добавления присадки на основе сополимеров этилена с винил ацетатом. Присадка обеспечивает снижение температуры застывания до ми­нус 30°С. Экологически чистое дизельное топливо (ТУ 38.1011348—89) имеет показатель содержания серы 0,05 и 0,1 %. Такое топливо по­лучают гидроочисткой дизельного топлива. Городское дизельное топливо (ТУ 38.401-58-170—96) предназначено для использова­ния в Москве. Оно отличается от экологически чистого пони­женными дымностью и токсичностью отработанных газов на 30 — 50 %. Низкотемпературные свойства этого топлива также улуч­шены.

Дата добавления: 2015-09-29