Основные виды жидких топлив из нефти и их характеристики

Газойль. Эта фракция переработки нефти известна под названием дизельного топлива. Часть ее подвергают крекингу для получения нефтезаводского газа и бензина. Однако, главным образом, газойль используют в качестве горючего для дизельных двигателей. В дизельном двигателе зажигание топлива производится в результате повышения давления. Поэтому они обходятся без свечей зажигания. Газойль используется также как топливо для промышленных печей.

Мазут. Эта фракция остается после удаления из нефти всех остальных фракций. Большая его часть используется в качестве жидкого топлива для нагревания котлов и получения пара на промышленных предприятиях, электростанциях и в корабельных двигателях. Однако некоторую часть мазута подвергают вакуумной перегонке для получения смазочных масел и парафинового воска. Смазочные масла подвергают дальнейшей очистке путем экстракции растворителя. Темный вязкий материал, остающийся после вакуумной перегонки мазута, называется «битум», или «асфальт». Он используется для изготовления дорожных покрытий.

 

3. Другие  способы переработки нефти.

Для переработки нефти используют также крекинг и риформинг.

Крекинг. В процессе крекинга крупные молекулы высококипящих фракций сырой нефти расщепляются на меньшие молекулы, из которых состоят низкокипящие фракции.

В результате крекинга получают бензины, а также алкены, необходимые как  сырье для химической промышленности. Крекинг, в свою, очередь подразделяется на три важнейших типа: гидрокрекинг, каталитический крекинг и термический  крекинг.

Гидрокрекинг. Эта разновидность крекинга позволяет превращать высококипящие фракции нефти (воски и тяжелые масла) в низкокипящие фракции. Процесс гидрокрекинга заключается в том, что подвергаемую крекингу фракцию нагревают под очень высоким давлением в атмосфере водорода. Это приводит к разрыву крупных молекул и присоединению водорода к их фрагментам. В результате образуются насыщенные молекулы небольших размеров. Гидрокрекинг используется для получения газойля и бензинов из более тяжелых фракций.

Каталитический крекинг. Этот метод приводит к образованию смеси насыщенных и ненасыщенных продуктов. Каталитический крекинг проводится при сравнительно невысоких температурах, а в качестве катализатора используется смесь кремнезема и глинозема. Таким путем получают высококачественный бензин и ненасыщенные углеводороды из тяжелых фракций нефти.

Термический крекинг. Крупные молекулы углеводородов, содержащихся в тяжелых фракциях нефти, могут быть расщеплены на меньшие молекулы путем нагревания этих фракций до температур, превышающих их температуру кипения. Как и при каталитическом крекинге, в этом случае получают смесь насыщенных и ненасыщенных продуктов.

Термический крекинг имеет особенно важное значение для получения ненасыщенных углеводородов, например, этилена и  пропена. Для термического крекинга используются паровые крекинг-установки, в которых углеводородное сырье  нагревают в печи до 800°С и разбавляют паром. Это увеличивает выход  алкенов. После того, как крупные  молекулы исходных углеводородов расщепятся на более мелкие молекулы, горячие  газы охлаждают водой, которая превращается в сжатый пар. Затем охлажденные  газы поступают в ректификационную (фракционную) колонну, где они охлаждаются  до 40°С. Конденсация более крупных  молекул приводит к образованию  бензина и газойля. Не сконденсировавшиеся  газы сжимают в компрессоре, который  приводится в действие сжатым паром, полученным на стадии охлаждения газов. Окончательное разделение продуктов  производится в колоннах фракционной  перегонки.

Риформинг. В отличие от процессов крекинга, которые заключаются в расщеплении более крупных молекул на менее крупные, процессы риформинга приводят к изменению структуры молекул или к их объединению в более крупные молекулы. Риформинг используется в переработке сырой нефти для превращения низкокачественных бензиновых фракций в высококачественные фракции. Кроме того, он используется с целью получения сырья для нефтехимической промышленности. Процессы риформинга могут быть подразделены на три типа: изомеризация, алкилирование, а также циклизация и ароматизация.

Изомеризация. В этом процессе молекулы одного изомера подвергаются перегруппировке с образованием другого изомера. Процесс изомеризации имеет очень важное значение для повышения качества бензиновой фракции, получаемой после первичной перегонки сырой нефти. Процесс нагрева данной фракции до 500-600°С под давлением 20-50 атм носит название термического риформинга.

Для изомеризации неразветвленных  алканов может также применяться каталитический риформинг. Например, бутан можно изомеризовать, превращая его в 2-метилпропан, с помощью катализатора из хлорида алюминия при температуре 100°С или выше.

Алкилирование. В этом процессе алканы и алкены, которые образовались в результате крекинга, воссоединяются с образованием высокосортных бензинов. Такие алканы и алкены обычно имеют от двух до четырех атомов углерода. Процесс проводится при низкой температуре с использованием сильнокислотного катализатора, например, серной кислоты.

Циклизация и ароматизация. При пропускании бензиновой и лигроиновой фракций, полученных в результате первичной перегонки сырой нефти, над поверхностью таких катализаторов, как платина или оксид молибдена(VI), на подложке из оксида алюминия, при температуре 500°С и под давлением 10-20 атм. происходит циклизация с последующей ароматизацией гексана и других алканов с более длинными неразветвленными цепями.

Отщепление водорода от гексана, а  затем от циклогексана, называется дегидрированием. Риформинг этого типа в сущности представляет собой один из процессов крекинга. Его называют платформингом, каталитическим риформингом или просто риформингом. В некоторых случаях в реакционную систему вводят водород, чтобы предотвратить полное разложение алкана до углерода и поддержать активность катализатора. В этом случае процесс называется гидроформингом.

Очистка от серы. Сырая нефть содержит сероводород и другие соединения, содержащие серу. Содержание серы в нефти зависит от месторождения. При перегонке сырой нефти органические соединения, содержащие серу, расщепляются, и в результате образуется дополнительное количество сероводорода. Сероводород попадает в нефтезаводской газ или во фракцию сжиженного нефтяного газа. Поскольку сероводород обладает свойствами слабой кислоты, его можно удалить, обрабатывая нефтепродукты каким-либо слабым основанием. Из полученного, таким образом, сероводорода можно извлекать серу, сжигая сероводород в воздухе и пропуская продукты сгорания над поверхностью катализатора из оксида алюминия при температуре 400°С.

 

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

Температура застывания нефтепродукта - температура, при которой нефтепродукт теряет подвижность в условиях испытания.

Испаряемость нефтепродукта - эксплуатационное свойство, характеризующее способность нефтепродукта переходить из жидкого состояния в газообразное.

Летучесть нефтепродукта - физико-химическое свойство, определяющее давление насыщенных паров нефтепродукта.

Воспламеняемость нефтепродукта - эксплуатационное свойство, характеризующее пожаро- и взрывоопасность смеси паров нефтепродукта с воздухом.

Температура вспышки нефтепродукта - минимальная температура, при которой происходит кратковременное воспламенение паров нефтепродукта от пламени в условиях испытания.

Температура самовоспламенения нефтепродукта – температура возгорания паров нефтепродукта без контакта с пламенем в условиях испытания.

Температура воспламенения нефтепродукта - температура, при которой нефтепродукт, нагреваемый в условиях испытания, загорается и горит не менее 5 с.

Детонационная стойкость - физико-химическое свойство, определяющее способность бензина сгорать без взрыва в двигателе с искровым зажиганием.

Октановое число - показатель, указывающий детонационную стойкость бензина в единицах эталонной шкалы.

Цетановое число - показатель, указывающий скорость нарастания давления при сгорании жидкого нефтяного топлива в поршневых двигателях с воспламенением топливно-воздушной смеси от сжатия, выраженный в единицах эталонной шкалы.

Склонность нефтепродукта к  отложениям - эксплуатационное свойство, характеризующее способность нефтепродукта образовывать жидкие и твердые отложения.

Термостойкость нефтепродуктов - физико-химическое свойство, определяющее способность нефтепродукта противостоять химическим превращениям под действием высоких температур.

Термоокисляемость нефтепродукта - термостойкость нефтепродукта в присутствии кислорода или воздуха.

Детергентность нефтепродукта - физико-химическое свойство, определяющее способность нефтепродукта диспергировать и удерживать частицы отложений во взвешенном состоянии.

Коксуемость нефтепродукта - показатель, указывающий склонность нефтепродукта образовывать коксовые отложения при сгорании.

Зольность нефтепродукта - показатель, указывающий наличие в нефтепродукте несгораемых веществ.

Коррозионное свойство нефтепродукта - физико-химическое свойство, определяющее склонность нефтепродукта оказывать корродирующее действие на металлы.

Динамическая вязкость нефтепродукта - мера внутреннего трения нефтепродукта, равная отношению тангенциального напряжения к градиенту скорости сдвига при ламинарном течении ньютоновской жидкости.

Кинематическая вязкость - Отношение динамической вязкости к плотности нефтепродукта.

Температура каплепадения нефтепродукта - температура падения первой капли пластичного нефтепродукта, нагреваемого в капсуле специального термометра.

Токсичность нефтепродукта - эксплуатационное свойство, характеризующее воздействие нефтепродукта или продуктов его разложения и сгорания на человека и окружающую среду.

 

5. Классификация  нефтяных жидких топлив по  назначению

Нефтяные  жидкие топлива по основному назначению подразделяются на группы и подгруппы  в соответствии с табл.2.

 

 

Таблица 2

Группа топлива	Подгруппа топлива	Обозначение марки топлива
Бензин     Газотурбинное     Дизельное           Мазут           Бытовое	Авиационный Автомобильный   Реактивное Для судовых и стационарных энергетических установок (судовое) Для быстроходных двигателей (дистиллятное) Для среднеоборотных и малооборотных  двигателей (смесевое) Флотский Топочный Мартеновский Печное Керосин	Б А   Р Г     Д     ДТ   Ф М МП П К

 

 

 

6. Бензин.

 

Бензин – самый важный продукт  переработки нефти; из сырой нефти  производится до 50% бензина. Эта величина включает природный бензин, бензин крекинг-процесса, продукты полимеризации, сжиженные нефтяные газы и все  продукты, используемые в качестве промышленных моторных топлив. Каждому  процессу переработки нефти предъявляются  требования по количеству и качеству производимого бензина.

Состав. Промышленный бензин представляет собой смесь углеводородов в интервале т.кип. 30–200°C. Некоторые бутаны, кипящие при температуре ниже 38°С, имеют высокое давление паров. Углеводороды в бензине включают многие изопарафины, а также ароматические углеводороды и нафтены, а в бензинах, полученных при крекинге, содержится от 15 до 25% олефинов. Октановое число углеводородов снижается в следующем порядке: изопарафины > ароматические > олефины > нафтены > н-парафины. Имеются различия между компонентами каждой из этих групп, зависящие от структуры молекул и точки кипения. Различные компоненты дают свой вклад в октановое число бензиновых смесей. Крекинг-бензины содержат значительный процент тех компонентов, при смешении которых образуется моторное топливо. Однако их прямое использование во многих странах законодательно ограничивается, поскольку они содержат заметное количество олефинов, а именно олефины являются одной из главных причин образования фотохимического смога.

Классификация бензинов. Бензины классифицируются по разным показателям, включая интервалы температур кипения, октановое число, содержание серы. Интервалы температур кипения. Большинство бензинов кипит в интервале 30–200°С. Высокое содержание низкокипящих компонентов, таких, как бутаны и пентаны, обусловливает исключительно высокое давление паров и в теплое время является причиной образования паровых пробок, когда газовые пузырьки препятствуют течению топлива по узким трубам двигателей и тепловых установок. В то же время недостаток низкокипящих компонентов служит причиной трудностей запуска двигателя зимой. Октановое число. Октановое число – наиболее важная характеристика бензина. Оно обычно определяется в одноцилиндровой стационарной установке, снабженной различными приборами для регистрации склонности к детонации. Нормальный гептан (семь атомов углерода в линейной цепи) детонирует очень легко; для него принято нулевое октановое число. Изооктан (восемь атомов углерода в разветвленной цепи) не детонирует до тех пор, пока не будут достигнуты экстремальные условия давления, температуры и нагрузки; для него произвольно установлено октановое число 100. При испытании бензина с неизвестными детонационными свойствами его сравнивают со смесью гептана и изооктана, имеющей такую же способность к детонации, как и испытуемый бензин; октановое число бензина – это процентное содержание изооктана в такой смеси. Октановое число, определенное таким образом, не всегда соответствует характеристике в многоцилиндровом двигателе в дорожных условиях при изменяющихся скоростях, нагрузках и ускорениях. В нефтяной промышленности используются два метода, делающие это сравнение более реальным, – моторный метод и исследовательский метод. Октановое число определяется как среднее из двух таких определений. Присадки. Практически все бензины содержат различные присадки, в том числе ингибиторы смолообразования и небольшое количество красителя. Законодательством многих промышленно развитых стран существенно снижен допустимый уровень соединений свинца в бензине (этилированный бензин, т.е. содержащий добавки тетраэтилсвинца, повышающие октановое число бензина). Антидетонаторы — это вещества, которые добавляют к бензинам (не более 0,5%) для улучшения антидетонационных свойств. Достаточно эффективным антидетонатором является тетраэтилсвинец (ТЭС) Pb(C2H5)4.Однако бензин с ТЭС и продукты его сгорания очень токсичны. В настоящее время найдены новые антидетонаторы на основе марганец-органических соединений типа циклопентадиенпентакарбонилмарганца С5Н5Мn(СО)5. Они менее токсичны и обладают лучшими антидетонационными свойствами. Добавление этих антидетонаторов к хорошим сортам бензина позволяет получать топливо с октановым числом до 135.