Қазақстандағы жанармай өндірісі

Химиялық тұрақтылық. Сақтау, тасымалдау және карбюраторлы двигательдерде отынды қолданған кезде, химиялық құрамы өзгеруі мүмкін, біріншіден ал тотығу және полимерлеуге ұшырауы мүмкін. Автокөліктердің бензинінің химиялық тұрақтылығы, оның индукциялық периодын ұзақтылығымен, стандартты жағдайда және шайыр құрамымен анықтайды.

Жоғарғы химиялық тұрақтылыққа алкендері жоқ, тура айдау бениндер каталитикалық реформингтен алынған  бензиндер, алкилаттар және изотеризаттар  жатады. Коксталған бензиндерде, термиялық  және каталитикалық реформингте  алкендер бар болып, сақтағанда және тасымалдағанда тауарлы жанармайдың  компоненттері аздап тотығып, шайыр түзеді. Отынның химиялық тұрақтылығынжоғарылату үшін, антикислитель қоспаларын қосады. Оларға: параоксидифениламин, иокол (2,6-ди-трет-бутил-п-крезол), ағаш шайырлы антиокислительдер жатады.

Белсенді күкірт қышқылдары (күкіртсутек, төменгі меркаптандар) отын жүйесінде және тасымалдаушы сыйымдылықтары корозия туғызады. Бензин зиянды заттардан  тазалануы тиіс. Толық тазазалануын мын пластинадағы анализбен анықтайды. Активті емес күкірт қолыстары: (тиофендер, терагидротиофендер, сульфидтер, дисульфидтер, жоғары меркаптандар ) коррозия тудырмайды. Егерде ол қосылыстар жанып кетсе, (SO SO ) пайда болып, двигательдің бөлшектеріне коррозия тудырып, қуаттылығы азаяды. Отынды карбюраторларды күкірт қоспасынан тазалау үшін, әр түрлі тазалау әдістері қолданады. Жанармайдың  эксплуатациялық сипатамасына қышқылдық көрсеткіші, суда еритін қышқыл және сілті, механикалық қоспалар және су тағы басқалар әсер етеді.

1.2. Жанармайдың құрамы және қасиеті

Бензин – бұл көмірсутектердің қоспасы, ол шекті 25-61, шексіз 13-45, нафтенді 9-71, ароматты 4-16 көмірсутектерден тұрады, көмірсутек молекуласының ұзындығы С₅ –тен С₁₀ –ға дейін, көміртек атом саны 4-5-тен 9-10-ға дейін,орташа молекулалық массасы 100Да.Сонымен қатар бензин құрамына күкірт, азот, оттек қоспаларының қосындысы болады.

Бензин –ол тез жанғыш,түссіз немесе аздап сары түсті (қосымша  қоспалар жоқ кезде)сұйықтық, тығыздығы 700-780 кг/м³. Бензиндер жақсы ұшқыш болады,жарқылдау температурасы цельсий бойынша 20-40 градус.Қайнау температурасы 30-200 градус.Қату температурасы минус 60 градус.Бензин жанып кеткен кезде су және көмірқышқыл газ бөлінеді.Ауада будың концентрациясы 70-120м³ болғанда, жарылғыш қоспа пайда болады.

Бензин –ол сұйық мұнай фракцияларының арасында ең жеңіл фракция болып саналады. Осы бензин фракциясын, әр түрлі мұнайды ұшыру процессі арқылы алады.Осыдан жанармайдың фракциялық құрамы –оның жеңіл болуы, двигательді оталдырғанда қауіпсіз болуы, толық жануы, жылуды ұзақ сақтауы, двигательдің бөлшектері қарқынды қолдануына қажет. Жанармайдың фракциялық құрамы ГОСТ 2177-82 -ге сәйкес келеді.

Жеңіл фракциялы жанармайдың сипаттамасы –отынның бастапқы құрамымен байланысты.Отынның қайнау температурасы аз болған сайын, бастапқы құрамы жақсы болады.Суық двигательді оталдыру үшін, жанармайдың 10% 55 градусқа дейін (қысқы сұрып) және 70 градуста (жазғы сұрып) қайнауы қажет(Цельсий бойынша). Қысқы сұрыпты жанармайдың жазғы сұрыпты бензинге қарағанда фракциялық құрамы жеңіл болады.Жеңіл фракциялар двигательді оталдыруға және қыздыруға ғана керек.

Отынның негізгі бөлігі жұмыс фракциясы  деп аталады.Оның буланып кетуіне: двигательдің жұмысында әртүрлі  режимде жанармай қоспасы пайда  болады. Двигательдегі жылуды ұзағырақ сақтап, бір режимнен басқа режимге тез уақытта ауысу. Жұмыс фракцияның құрамы 50% отгонкаға тең болуы керек.

90% -дан қайнауға дейінгі  температура интервалы аз болса,  отын сапасын арттырып, конденсацияға  ұшырауын азайтып, экономды және  двигательдің бөлшектерін ұзаққа дейін сақтайды. Қайнап біту температураны 90% отынды роса нүктесі деп атайды. Автокөліктердің жанармайдың құрамы коммонентті қоспа түрінде және әртурлі технологиялық процестер кезінде алынады. Оларға: мұнайды тура айдау, каталитикалық риформинг, каталитикалық крекинг және газойлдағы вакуумды гидрокрекинг, фракциядағы тура айдау изомеризациясы, алкилдеу, термиялық крекингтің ароматтауы, вискрекинг, баяулатылған кокстау. Жанармайдың компоненттік құрамы, оның маркасына және мұнай өндіру заводындағы технологиялық құрылғыларға байланысты.

Негізі автокөліктердің  бензиндерін каталитикалық риформинг  және каталитикалық крекинг арқылы өңдейді. Каталитикалық риформинг  арқылы өндірілген бензинде күкірт аз, олефиндер жоқ және бұл жанармайды ұзақ мерзімде сақтауға болады. Бірақ ароматты көмірсутектің көп болғаны экологияға зияны бар. Фракциядағы детонациялық тұрақтылық әр түрлі болғандықтан, ол кемшілігі болып саналады.[5,16,17,19] Каталитикалық крекинг арқылы алынған бензинде күкірт массасы аз,октан саны 90 -93-ке тең. Ароматтық көмірсутектер 30 -40%, ал олефиндер 25 -30%-ға тең. Құрамында диен көмірсутектері жоқ болғандықтан, химиялық тұрақтығы жоғары (индукциялықпермоды 800-900 мин). Каталитикалық крекингтағы жанармайды , каталитикалық риформингтағы жанармайдың фракциядаға детонациялық тұрақтылығы тең бөлінген. Сондықтан автокөліктердегі жанармайды каталитикалық риформинг және каталитикалық крекинг арқылы  өңдеген қоспаны қолданған дұрыс. Термиялық процесс арқылы крекингтеу және баяулатылған кокстеу әдісінде, детонация төзімділігі төмен және химиялық тұрақтылық төмен болады. Күкірт массасы көп болады.Органикалық көлемде төмен октанды бензин алуға болады. Жоғарғы октанды жанармайды өңдеу үшін, алкилбензин, изооктан, изопентан және толуол қолданады. АИ-95 және АИ-98 бензиндерін алу үшін оттегі бар компоненттерді қолданады. Оларға: метил-трет-бутил эфирі(МТБЭ) немесе оның қоспаларын третбутанол, фетерол деген атқа ие болды. МТБЭ –ні бензинге қосқанда, оның толық болуын және жанып кетуін, фракция бойынша детонациялық төзімділігін арттырады.

Физика – химиялық мінездемесіне байланысты автокөліктердің жанармайдың қасиеттері төмендегідей болу керек:

• Бірқалыпты сұйықтықтар.
• Отынның тығыздығы +20°С-та 690-750 кг/м болу қажет.
• Аздап тұтқыр, егер де тұтқырлық жоғарыласа, онда отынның жиклерден өтуі қиынға түсіп, қоспаның кедейленуіне әкеп соғады. Тұтқырлық температураға тәуелді болады. Температураның +40°С-тан -40°С-қа дейін өзгергенде, жанармайдың жиклерден өтуі 20-30% дейін өзгереді.

Булану –бұл сұйық  күйден газ күйге ауысуды айтамыз. Автокөлік бензиндері двигательдің оталуы жеңіл және тез болуы қажет (әдетте қыста), оның тез қызуы, отынның толық жануы және отын жүйесінде бу тығындардың болмауы қажет.

Қаныққан булардың қысымы- жабық кеңістікте отынның булануы, бу қысымы жоғары болса –конденсация процесі қарқынды болады. Бу қысымының жоғарғы стандарт бойынша көрсеткіші жазда 670 ГПа –ға және қыста 670 –тен 930 ГПа-ға тең болады. Осыдан қысымы жоғары бензиндер бу тығындардың пайда болуына, оны пайдаланған кезде цилиндрлер толмай қалуы мүмкін, двигательдің күштілігі азаяды да, жанармайды автокөлікте және қоймада сақтағанда ұшып кетуі мүмкін.

Төменгі температурадағы  қасиеттер–жанармайдың төменгі температурадағы шыдамдылығы.

Жанармайдың жанып кетуі. Бұл деген автокөліктегі двигательдің ішіндегі көмірсутек отынымен оттек ауаның тез арада реакцияға түсуі, жылу бөлу қарқынды болады. Жану кезінде бу температурасы 1500-2400°С-ге дейін жетеді.

Двигательдегі отынды толық  жағу үшін тез арада сұйық күйден бу күйге ауыстырып, ауамен араластырып, жұмыс қоспа жасау керек. Автокөліктің құрылысына байланысты екі түрлі жұмыс қоспа дайындауға болады. Бірінші түрінде карбюраторда жанармайдың біраз бөлігі буланады, жанармай қоспасы пайда болып, ауалы бу арқылы цилиндрге тарайды. Жанармайдың толық буланбауынан тамшылардың біраз бөлігі ауалы будан тұнбаға түсіп, бастапқы құбыртасымалдаушының керегелерінде сұйық пленкалар пайда болады. Будың жылжуы және сұйық пленканың жылдамдықтары әртүрлі болып, жанармай қоспасы цилиндрге келіп түсіп, құрамы және сапасы әртүрлі болады. Екінші түрінде жану камерасына немесе бастапқы құбыртасымалдаушыға форсунок көмегшімен шашыратылады.

Жанармайдың булануынан физика-химиялық көрсеткіштер байланысты. Оларға: қаныққан бу қысымы, фракциялық құрамы, жасырын жылудың булануын, бу коэффицентінің диффузиялануы, тұтқырлық, беттік керілу, жылу сыйымдылық, тығыздық жатады. Аталған заттардың, ол жанармайдың булануын анықтаудың басты көрсеткіші–ол қаныққан булар және фракциялық құрам. Тұтқырлық, беттік керілу, жасырын жылудың булануы, бу коэффицентінің диффузиясы, жанармайдың жылу сыйымдылығы , құрамы әртүрлі бензиндер бір-бірінен айырмашылығы аз. Осы айырмашылықтар двигательдің құрастыруында ерекшнліктер қажет емес. Қаныққан бу қысымы және фракциялық құрамы жанармайдың жүйелі құрамы, бұл көрсеткіштер әртүрлі бензиндерден өзгеше болады. Осы екі параметр жанармайдың бастапқы қасиетіне, бу тығындардың пайда болуына, физикалық тұрақтылығын анықтайды.Қаныққан бу қысымы температураға және бу мен сұйық фазаның қатынасына тең, ал температура азаюынан және бу фазасы сұйық фазпдан үлкен болсы, керісінше азаяды.

Жанармайдың фракциялық құрамы прибор арқылы анықтайды.Онда айдау кезіндегі бастапқы температурасын анықтап,булану температурасын 10,50,90%және қайнаудың аяқталуын немесе булану көлемін 70,100,180°С-та байқау керек.

Жанармайдың фракциялық құрамына және қаныққан бу қысымына талап ету үшін,автокөліктін двигателінің құрастырылына және қолданатын жердегі климаттық жағдайға байланысты.

Жанармайдың құрамындағы жеңіл қайнайтың фракциялар,оның физикалық тұрақтылығынабайланысты,нақтырақ айтқанда булану кезіндемөлшерінің азаюы. Ең көп булану кезіндегі мөлшерін азайтатын көмірсутектер: бутандар, изопентан.

Жанармайдың көп булануы карбюратордың қатуына алып келеді. Карбюратордағы жанармайдың булануы, оның бөлшектерінің температурасының азаюына байланысты.

Бұл көрсеткіш автокөлік бензиндерінің өздігіненжанып кетпеуге қарсыласады (қысқан кезде). Двигателді қолданған кезде, отынның жоғарғы детонациялық тұрақтылығы болғандықтан, бүкіл режим бірқалыпты жанып кетуіне әсер етеді. Двигательдің отыны жану процесінде радикалды сипаттама береді. Жұмыс қоспасын қысқан кезде,температура және қысым жоғарлайды, көмірсутек тотығады, қоспа жанған кезде интенсифицияға ұшырайды.[10] Егерде отынның жанбай қалған көмірсутектер тотығуға жеткіліксіз тұрақты болса, онда асқан оксидтер қарқынды жиналып, жарылу ыдырауға айналады. Асқын оксидтердің концентрациясы жоғары болғанда, жылулық жарылыс болып, онда отын өздігінен жанып кетеді. Егер отынның бір бөлігі жана бастаса, онда қалған бөлігі жарылысқа ұшырайды, оны детонациялық жану деп атайды. Детонациялық қызып кету-бөлшектердің ескіруіне және сынып кетуіне, қатты дыбыс беруіне, күштіліктің азаюына, түтіннің көп шығуына әкеп соғады. Детонацияның пайда болуына жанармайдың құрамы және автокөліктін құрылысы әсер ету мүмкін.

Автокөліктер бензиндерінің  детонациялық көрсеткіші-ол октан саны,изооктанның  мазмұның көрсеткен (% көлем бойынша) н-гептан қоспасымен, детонациялық тұрақтылығы бойынша отынға сәйкес келеді (стандартты жағдайда зерттеуге тең). Лабораториялық жағдайда автокөліктердің октан саны және олардын компоненттерін моторлы бір цилиндрлерде анықтайды (УИТ-85 және УИТ-65). Зерттелетін отынның детонациялық көрсеткішін аңықтаған кезде,оны эталонмен салыстырады.

Қолданғанда жанармайдың құрамын жоғарлату үшін октан санын көбейтеді. Бензинға жоғарғы октанды компонеттер қосу арқылы жүзеге асырады.

Октан саны-мотор отынының детонациялы қоспасының көрсеткіші. Детонациялық жану дегеніміз-ол цилиндрлердің кейбір жерлерінде жанармайдың жануы және барлық көлемде жануын айтамыз.

Октан саны-жанармайдың басты сипаттамасы. Егер жанармайдың октан саны 95-ке тең болса,онда қоспа ретінде детонацияға ұшырауы изоктан 95% және гептан 5%-ға тең. Мұнайды бірінші рет айдағанда октан саны 70-тен аспайды. Төменгі сұрыпты жанармайдың сапасын жоғарлату үшін компаудирленгеннен басқа, антидетонаторлар қолданады (0,3%-ке дейін).

Октан санын екі түрлі  әдіспен анықтайды.

• Моторлы (ГОСТ 511-82)
• Зерттелетін (ГОСТ8226-82)

Жанармайдың құрамында жеңіл ұшқыш көмірсутек фракциясының көп болуы, оны сақтаған кезде, буланып массасының азаюы  басқа отындардан қарағанда көбірек болады. Жанармайдың булануына-фракциялық құрам, компоненттік құрам әсер етеді. Жанармайдың өзіндігінен булануы оның сапасы-физикалық тұрақтылық болып саналады. Жанармайды ауамен үрлеп, содан үрлеген кездегі жоғалтқан массасын есептейді.

Буланған кезде жанармайдың көп жоғалтатын, зауытта бутан немесе бутан-бутен фракциясын қосқан қоспалар ие болады. Ал буланған кезде жанармайдың аз жоғалтатын қоспалары, ол: газды бензин немесе изопентан жатады. Қыста қолданатын бензин жазғыдан қарағанда бір жарым есе көп жоғалтады. Жалпы айтқанда егер жанармайды дұрыс сақтаса, оның сапасының өзгеруі және мөлшерінің азаюы азғантай.

Автокөліктін бензиндерін  химиялық тұрақты сақтау, қолданыста өте қажетті. Біріншіден жанармайды ұзақ сақтау керек. Екіншіден жанармайды өндеген кезде қосымша компоненттер қосады, олардын химиялық тұрақтылығы әр түрлі болып келеді.

Бастапқысында жанармайдың тотығуы әлсіз жүреді, одан оның жылдамдығы өседі. Период кезінде процесс жылдамдығы аз, (сіңу байқалмайды) периодты индукциялы тотығу деп аталады. Жанармайдың периодтық индукциясы көп болса, тұрақтылығы көп болады.

Термиялық крекинг және термиялық реформинг арқылы шикі мұнайдан өнделген бензинде реакцияға қатысушы алкендер болып, химиялы тұрақты әсер береді. Каталитикалық процесс арқылы алынған бензин өте тұрақты болып келеді. Бірақ, шикі мұнайдан каталитикалық крекинг арқылы алынған бензинде алкендер көп болып, біраз индукциялық тотығу периоды болады. Каталитикалық крекинг арқылы алынған бензин, шикізат ауырлаған сайын индукциялық тотығу периоды төмендейді.

Каталитикалық реформинг, алкилдау өнімдері, изомерлеу,гидрлеу арқылы алынған бензиндерде алкендер жоқ болады. Химиялық тұрақтылығы жоғары болады.

Мұнайды өндеген кезде химиялы тұрақты және дистилденген бензин алудын екі түрі бар:

1. Тұрақты дистиляторларды тазалау. Гидро тазалау процесінің жақсы қасиеті-тұрақтылықты көбейтіп,күкірт қоспаларын азайтады.