Основные виды жидких топлив из нефти и их характеристики

Содержание

 

Введение.                                                                                Стр.    2

1.  Свойства и состав нефти.                                                       Стр.    3

2.  Фракционная перегонка нефти.                                             Стр.    5

3.  Другие способы переработки нефти.                                    Стр.    7

    4.  Эксплуатационные, физико-химические  свойства и показатели   качества   нефтепродуктов.                                                    Стр.   9

5.  Классификация нефтяных жидких  топлив по назначению.Стр.  10

6.  Бензин.                                                                                      Стр.  12

7.  Керосин.                                                                                    Стр.  14

8.  Топливо для реактивных двигателей.                                    Стр.  14

9.  Дизельное топливо.                                                                  Стр.  15

10. Котельные и тяжелые моторные  топлива.                            Стр.  21

Заключение.                                                                              Стр.  28

 Список использованной литературы.                                    Стр.  29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

 

Основными видами жидкого топлива  служат продукты переработки нефти.

Нефть представляет собой смесь  парафиновых, нафтеновых и ароматических  углеводородов. Присутствуют в нефти  примеси кислородных, сернистых  и азотистых соединений. Зольность  нефтяного топлива ничтожно мала (до 0,3%), незначительна и его влажность (2—3%;). Эти показатели жидкого топлива, а также отсутствие при его  использовании сложных топливоподготовительных  отделений, как для твердого топлива; высокая теплотворная способность  и более простые способы управления процессом горения — вот те основные преимущества жидкого топлива  по сравнению с твердым.  

Однако стоимость жидкого топлива  значительно выше стоимости угля. Кроме того, нефтяные продукты являются ценным сырьем для других отраслей народного хозяйства; поэтому в  ближайшие годы намечается незначительное увеличение использования жидкого  топлива в цементном производстве — всего на 2—3%.

В качестве жидкого топлива цементная  промышленность применяет высокопарафинистые мазуты, представляющие собой по внешнему виду черно-бурую жидкость с зеленоватым  оттенком. Мазут сжигают в печи в распыленном состоянии. В форсунки жидкий мазут нагнетают под давлением 20—25 ат. Скорость сгорания капель мазута и величина теплоизлучения образующегося  при этом факела пламени несколько  ниже, чем у твердого топлива. В  результате расход тепла на обжиг  клинкера при использовании мазута оказывается повышенным. Однако более  тонкое распыление уменьшает этот недостаток мазута. Имеется опыт сжигания мазута в смеси с угольным порошком. Мазут  и уголь подаются по отдельным  форсункам, а при выходе из форсунки они смешиваются в топочном пространстве. При сгорании вместе с угольным порошком повышенного расхода мазута не происходит. Уголь в этом случае используется низких сортов. Мазут при обычных  условиях находится в застывшем  не текучем состоянии. Поэтому для  транспортирования и подачи в  печь его подогревают в специальных  установках.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Свойства  и состав нефти.

Основной источник получения жидкого  топлива – переработка нефти. Нефть - это маслянистая, опалесцирующая жидкость с характерным запахом. Аромат нефти придают сопутствующий  ей сероводород, остатки растительных и животных организмов.

Каждая нефть имеет только ей присущий цвет: темно-зеленая нефть  Кавказа, желтоватая нефть Сибири, розоватая  нефть Белоруссии, абсолютно черная нефть Мангышлака.

Нефть легче воды, ее плотность  колеблется от 0,7 до 0,9 г/см³. Многокомпонентный и сложный состав нефти отражается в чрезвычайно больших диапазонах колебания ее средней относительной молекулярной массы. В состав нефти входят: парафины (алканы); нафтены (циклоалканы); ароматические углеводороды (арены); гетероатомные соединения (углеводороды, в состав которых входят иные атомы, кроме С и Н); S-,N-,O-содержащие соединения; смолы, асфальтены; карбены, карбиды (обедненные водородом высокомолекулярные соединения). Олефины (алкены) образуются во всех процессах переработки нефти, но в сырой нефти отсутствуют.

Анализ показывает, что основными  элементами нефти являются углерод (82-87%) и водород (11-15%). Остальные элементы (кислород, азот, сера) обычно составляют в сумме не более 10%, и только в  тяжелых смолистых фракциях их содержание более значительно. Именно соотношение  «углерод – водород» является отличительным  признаком нефти от других видов  горючих ископаемых.

Природные нефти и продукты их перегонки  содержат парафиновые (метановые), циклические (насыщенные) и ароматические углеводороды. В незначительных количествах иногда встречаются ненасыщенные углеводороды. По характеру преобладания той или  иной группы углеводородов, нефти подразделяются на метановые, нафтеновые, ароматические.

Метановые (парафиновые) углеводороды нефти содержат от одного до сорока атомов углерода в цепи. Первые пять соединений (от С₁ до С₅) в обычных условиях газообразны. Они в основном входят в природные или попутные газы, находясь в нефти в растворенном состоянии. В их составе преобладает метан (до 70%). Наряду с газообразными и жидкими углеводородами, нефти содержат высококипящие (~300⁰С) вещества, которые в обычных условиях бывают твердыми. Средняя относительная молекулярная масса их может быть близка к 500, что соответствует полимерам, содержащим в цепи 40 атомов углерода. Из твердых углеводородов нефти можно выделить три основных компонента – парафин, церезин и озокерит.

Парафин – белый полупрозрачный продукт с температурой плавления 60⁰С; он содержит в основном смесь предельных углеводородов нормального строения. Церезин состоит преимущественно из слаборазветвленных  изопарафинов; температура его плавления близка к 80⁰С. Озокерит представляет собой смесь высококипящих предельных углеводородов.

Нафтены объединяют циклопарафиновые соединения. Это могут быть и моно-, и полициклические соединения с  общей формулой C_nH_2n, C_nH_2n-2, C_nH_2n-4. Атомы углерода в них соединены простой одинарной связью в циклические структуры, содержащие чаще всего каркас из пяти и шести углеродных атомов. Обычно в нефтях может находиться до 80% циклопарафинов. Нафтены имеют более высокую температуру кипения и плавления, чем метановые углеводороды с тем же числом атомов углерода.

Последняя группа углеводородов в  составе нефти – ароматические. Их содержание в нефти может доходить до 35%. Ароматические углеводороды имеют  более высокую температуру кипения, чем нафтеновые компоненты углеводородной части нефти. Этот класс соединений особенно беден водородом и обладает более высокой термической устойчивостью. Ароматические углеводороды представлены в нефти моно- и полициклическими соединениями.

Алкены в природных нефтях содержатся в крайне малых количествах. Также  невелико содержание в нефти кислород- и азотсодержащих соединений. Основное количество кислородсодержащих соединений нефти приходится на органические кислоты  и фенолы. Азотсодержащие соединения находятся в нефти в виде гетероциклических  соединений, одно из них – производное  пиррола – порфирин. Продукты преобразования его придают нефти такое отличительное  свойство, как оптическая активность.

Следует отметить сернистые соединения, содержащиеся в нефти: неорганические соединения – сероводород и свободная  сера, органические – меркаптаны, алифатические  сульфиды, сульфоновые кислоты, эфиры  серной кислоты. Содержание сернистых  соединений достаточно высоко и может  достигать 6%. Они ухудшают качество нефти, снижают ее потребительную стоимость.

После отгонки всех остальных фракций  нефти остаются смолы – сложная  смесь высокомолекулярных продуктов. Их в нефти может быть довольно много – до 40%. Один из компонентов  смол – асфальтен. Это смесь твердых  высоплавких веществ черного  цвета.

Наряду с органическими соединениями в состав нефти входят соли различных  неорганических кислот. Нефть извлекает  их, проходя через различные слои породы. Эти соединения играют значительную роль в характеристике зольного остатка  после сожжения нефти. Содержание золы составляет сотые доли процента, а  на долю металлов в них приходится до 60%.

 

 

 

2. Фракционная  перегонка нефти.

Топливо получают из сырой нефти  путем фракционной прегонки. Каждая фракция, полученная в результате пергонки, представляет собой смесь углеводородов, кипящих в определенном интервале  температур (табл. 1.).

 

Таблица 1

Фракции, получаемые при перегонке  нефти

 

 

Фракция	Содер-жание,%	Число атомов углерода в молекуле	Интервал температур кипения, 0С			Применение
Газ	2	1 – 4	0 – 20			Топливо
Петролейный эфир	2	5 – 7	20 – 100			Растворитель
Бензин	32	5 – 12		30 – 200	Моторное топливо
Керосин	18	12 – 18		175 – 300	Дизельное и реактивное топливо
Газойль (соляровое масло)	20	14 – 25		200 – 400	Используется в дизельных двигателях
Смазочные масла		20 – 35		350 – 500	Смазка
Парафин		25 – 40		Твердая часть, выделяемая из масел	Изоляционный материал в электротехнике
Битум (асфальт)	25	>35		>500	Покрытие дорог и кровли зданий

 

 

Газовая фракция. Газы, получаемые при переработке нефти, представляют собой простейшие неразветвленные алканы: этан, пропан и бутаны. Эта фракция имеет промышленное название нефтезаводской (нефтяной) газ. Ее удаляют из сырой нефти до того, как подвергнуть ее первичной перегонке, или же выделяют из бензиновой фракции после первичной перегонки. Нефтезаводской газ используют в качестве газообразного горючего или же подвергают его сжижению под давлением, чтобы получить сжиженный нефтяной газ. Последний поступает в продажу в качестве жидкого топлива или используется как сырье для получения этилена на крекинг-установках.

Бензиновая фракция. Эта фракция используется для получения различных сортов моторного топлива. Она представляет собой смесь различных углеводородов, которую нередко подвергают термическому риформингу.

Качество бензина как моторного  топлива определяется его октановым  числом. Оно указывает процентное объемное содержание 2,2,4-триметилпентана (изооктана) в смеси 2,2,4-триметилпентана  и гептана (алкан с неразветвленной  цепью), которая обладает такими же детонационными характеристиками горения, как и испытуемый бензин.

Плохое моторное топливо имеет  нулевое октановое число, а хорошее  топливо - октановое число 100. Октановое  число бензиновой фракции, получаемой из сырой нефти, обычно не превышает 60. Характеристики горения бензина  улучшаются при добавлении в него антидетонаторной присадки, в качестве которой используется тетраэтилсвинец(IV), Рb(С₂Н₅)₄. Тетраэтилсвинец представляет собой бесцветную жидкость, которую получают при нагревании хлорэтана со сплавом натрия и свинца.

При горении бензина, содержащего  эту присадку, образуются частицы  свинца и оксида свинца(II). Они замедляют  определенные стадии горения бензинового  топлива и, тем самым, препятствуют его детонации. Вместе с тетраэтилсвинцом в бензин добавляют еще 1,2-дибромэтан. Он реагирует со свинцом и свинцом(II), образуя бромид свинца(II). Поскольку  бромид свинца(II) представляет собой  летучее соединение, он удаляется  из автомобильного двигателя с выхлопными газами.

Лигроин (нафта).  Эту фракцию перегонки нефти получают в промежутке между бензиновой и керосиновой фракциями. Она состоит преимущественно из алканов.

Большую часть лигроина, получаемого  при перегонке нефти, подвергают риформингу для превращения в  бензин. Однако значительная его часть  используется как сырье для получения  других химических веществ.

Керосин. Керосиновая фракция перегонки нефти состоит из алифатических алканов, нафталинов и ароматических углеводородов. Часть ее подвергается очистке для использования в качестве источника насыщенных углеводородов-парафинов, а другая часть подвергается крекингу с целью превращения в бензин. Однако основная часть керосина используется в качестве горючего для реактивных самолетов.