Основные виды жидких топлив из нефти и их характеристики

Химическая стабильность оценивается  по количеству образовавшегося в  топливе осадка (мг/100 мл) по ASTMD 2274.

Коррозионная агрессивность

Стандартами на дизельные топлива  регламентируются следующие показатели качества, характеризующие их коррозионную агрессивность: содержание общей серы, содержание меркаптановой серы и  сероводорода, водорастворимых кислот и щелочей, испытание на медной пластинке.

Современная технология получения  дизельных топлив практически исключает  возможность присутствия в них  элементной серы и сероводорода в  количествах, вызывающих коррозионное воздействие на металлы. Большое  влияние на коррозионную агрессивность  дизельных топлив оказывает глубина  их гидроочистки, так как при этом вместе с сернистыми и ароматическими соединениями удаляются поверхностно-активные вещества, в результате чего ухудшаются защитные свойства топлив. Удаление поверхностно-активных веществ, приводит к снижению способности  топлива вытеснять влагу с  поверхности металлов и образовывать защитную пленку.

Коррозионная агрессивность дизельных  топлив, в основном, зависит от содержания меркаптановой серы. Так, повышение  содержания меркаптановой серы с 0,01% (норма ГОСТ) до 0,06% увеличивает коррозию более чем в 2 раза.

Коррозионная активность меркаптановой  серы в дизельном топливе существенно  зависит от присутствия в нем  свободной воды и растворенного  кислорода, которые ускоряют процесс  образования меркаптидов.

Причиной повышенной коррозии и  износа является присутствие в топливе  металлов.

Склонность к нагарообразованию (степень чистоты топлива)

Этот показатель определяет эффективность  и надежность работы двигателя, особенно топливной аппаратуры. Частицы загрязнений, размер которых более 4,0 мкм, вызывают повышенный износ деталей топливной  аппаратуры, что предопределяет и  соответствующие требования к очистке  топлива.

Чистоту топлива оценивают коэффициентом  фильтруемости, который представляет собой отношение времени фильтрования через фильтр из бумаги БФДТ при  атмосферном давлении десятой порции фильтруемого топлива к первой. На фильтруемость топлива влияет наличие  воды, механических примесей, смолистых  веществ, мыл нафтеновых кислот. Присутствие  в топливе поверхностно-активных веществ мыл нафтеновых кислот, смолистых  соединений усугубляет отрицательное  влияние эмульсионной воды на фильтруемость  топлив. Содержание механических примесей в товарных дизельных топливах, выпускаемых  нефтеперерабатывающими предприятиями, составляет 0,002-0,004%. Коэффициент фильтруемости  дизельных топлив, отправляемых с  предприятий, находится в пределах 1,5—2,5.

Современные и перспективные требования к качеству дизельных топлив. Ассортимент, качество и состав дизельных топлив

Нефтеперерабатывающей промышленностью  вырабатывается дизельное топливо  по ГОСТ 305—82 трех марок: Л — летнее, применяемое при температурах окружающего  воздуха 0 °С и выше; 3 — зимнее, применяемое  при температурах до -20°С (в этом случае зимнее дизельное топливо  должно иметь tз < -35°С и t_п < -25°С), или зимнее, применяемое при температурах до -30°С, тогда топливо должно иметь tз < -45°С и t_п < -35°С), марки А — арктическое, температура применения которого до -50°С. Содержание серы в дизельном топливе марок Л и 3 не превышает 0,2% — для I вида топлива и 0,5 — для II вида топлива, а марки А — 0,4%. Для удовлетворения потребности в дизельном топливе разрешаются, по согласованию с потребителем, выработка и применение топлива с температурой застывания 0°С без нормирования температуры помутнения.

В соответствии с ГОСТ 305—82 принято  следующее условное обозначение  дизельного топлива: летнее топливо  заказывают с учетом содержания серы и температуры вспышки (Л-0,2-40), зимнее — с учетом содержания серы и  температуры застывания (3-0,2-минус 35).

Улучшение смазочных свойств дизельных  топлив

Топлива в дизельных двигателях являются смазочным материалом для  движущихся деталей топливной аппаратуры, трущихся пар плунжерных топливных  насосов. В связи с этим, они  должны обладать хорошими противоизносными свойствами. Установлено, что при  снижении содержания серы в дизельном  топливе с 1,0 до 0,03% уменьшается износ  плунжеров в 2 раза, при этом особенно сильно влияют на износ меркаптаны. Кроме сернистых соединений, на противоизносные  свойства дизельных топлив может  влиять также вязкость, кислотность  и присутствие воды.

Технологии для улучшения экологических  и эксплуатационных характеристик  дизельных топлив.

Экологически чистое дизельное  топливо выпускают двух марок  летнего (ДЛЭЧ-В и ДЛЭЧ) и одной  марки зимнего (ДЗЭЧ) дизельного топлива  с содержанием серы до 0,05% и до 0,1%.

С учетом ужесточающихся требований по содержанию ароматических углеводородов  введена норма по этому показателю: для топлива марки ДЛЭЧ-В —  не более 20%, для топлива марки  ДЗЭЧ — не более 10%. Экологически чистые топлива вырабатывают гидроочисткой  дизельного топлива, допускается использование  в сырье гидроочистки дистиллятных фракций вторичных процессов.

Добавка присадок в городское дизельное  топливо снижает дымность и токсичность  отработавших газов дизелей на 30-50%. В качестве антидымной присадки может  быть использована отечественная ЭФАП-Б, допущенная к применению. Активным веществом этого продукта является барий.

Депрессорные присадки, улучшающие низкотемпературные свойства топлива  представляют собой, в основном, сополимеры этилена с винилацетатом зарубежного  производства.

Европейский стандарт EN 590 действует  в странах Европейского экономического сообщества с 1996 г. Стандарт предусматривает  выпуск дизельных топлив для различных  климатических регионов. Общими для  дизельных топлив являются требования по температуре вспышки — не ниже 55⁰С, коксуемости 10%-ного остатка — не более 0,30%, зольности — не более 0,01%, содержанию воды — не более 200 ppm, механических примесей — не более 24 ppm, коррозии медной пластинки — класс 1, устойчивости к окислению — не более 25 г осадка/м³.

Для районов с умеренным климатом изготовляют 6 марок дизельного топлива: А, В, С, D, Е и F с предельной температурой фильтруемости +5, 0, -5, -10, -15 и -20°С, соответственно.

В 1996 г. в Европе введены ограничения  на содержание серы в дизельных топливах — не более 0,05%.

 

 

10. Котельные и тяжелые моторные  топлива.

 

Общие физико-химические свойства

К котельным топливам относят топочные мазуты марок 40 и 100, к тяжелым моторным топливам — флотские мазуты Ф-5 и  Ф-12 по ГОСТ 10585-75, моторные топлива ДТ и ДМ — по ГОСТ 1667-68. В общем  балансе перечисленных топлив основное место занимают мазуты нефтяного  происхождения. Жидкие котельные топлива  из сланцев, получаемые на установках полукоксования горючих сланцев  и угля, — продукты коксохимической  промышленности — составляют лишь небольшую долю общего объема производства топлив.

Требования, предъявляемые к качеству котельных и тяжелых моторных топлив, устанавливающие условия  их применения, определяются такими показателями качества, как вязкость, содержание серы, теплота сгорания, температуры  застывания и вспышки, содержание воды, механических примесей и зольность.

Вязкость.Эта техническая характеристика является важнейшей для котельных и тяжелых моторных топлив. Она определяет методы и продолжительность сливно-наливных операций, условия перевозки и перекачки, гидравлические сопротивления при транспортировании топлива по трубопроводам, эффективность работы форсунок. От вязкости в значительной мере зависят скорость осаждения механических примесей при хранении, а также способность топлива отстаиваться от воды.

При положительных температурах (50 и 80°С) условную вязкость топлив определяют с помощью вискозиметра ВУМ.

Содержание серы. В остаточных топливах содержание серы зависит от типа перерабатываемой нефти (сернистой или высокосернистой) и технологии получения топлива. Сера в остаточных топливах находится в связанном состоянии (меркаптановая сера, сероводород). Наиболее коррозионно-агрессивных соединений — меркаптановой серы — в остаточных топливах меньше, чем в среднедистиллятных фракциях. Поэтому коррозионная агрессивность сернистых мазутов ниже, чем сернистых светлых нефтепродуктов.

При сжигании сернистых топлив сера превращается в оксиды — SO₂ и SO₃ Наличие в дымовых газах SO₃ повышает температуру начала конденсации влаги — точку росы. В связи с тем, что температура хвостовых поверхностей котлов (воздухоподогревателей, экономайзеров) близка к точке росы дымовых газов, на этих поверхностях конденсируется серная кислота, которая и вызывает усиленную коррозию металла.

Содержание серы в мазутах оказывает  значительное влияние на экологическое  состояние воздушного бассейна. В  ряде ведущих капиталистических  стран в последние годы приняты  ограничения по содержанию серы в  мазутах до уровня 0,5—1,0 %.

Теплота сгорания. Это одна из важнейших характеристик топлива, от которой зависит его расход. Теплота сгорания зависит от отношения Н/С, а также элементного состава топлива и его зольности. Различают высшую и низшую теплоту сгорания. При определении высшей теплоты сгорания учитывают, что часть тепла, выделяющегося при сгораний топлива, расходуется на конденсацию паров воды, образовавшейся при сгорании водорода в топливе. При определении низшей теплоты сгорания тепло, затрачиваемое на образование воды, не учитывается.

Температура застывания. Как и вязкость, температура застывания характеризует условия слива и перекачки топлива. Она зависит от двух основных факторов: качества перерабатываемой нефти и способа получения топлива. Для топочных мазутов марок 40 и 100 t_заст находится в пределах 22—25°С и практически постоянна при хранении топлив. Тяжелые моторные топлива, получаемые смешением остаточных и дистиллятных фракций, довольно не стабильны, их tпри хранении может повышаться на 4—15 °С. Явление это присуще только топливам, содержащим остаточные компоненты — такие как флотский мазут Ф-5, моторное топливо ДТ и ДМ и экспортный мазут. Полагают, что повышение t_заст при хранении (регрессия) обусловлено взаимодействием парафиновых углеводородов и асфальтено-смолистых веществ с образованием более жесткой кристаллической структуры. Это свойство топлив очень затрудняет их применение и не позволяет гарантировать соответствующее качество после хранения и транспортирования.

Учитывая нестабильность t_заст, стандарты на флотский мазут, моторное топливо предусматривают гарантии изготовителя: по истечении 3 мес. хранения температура застывания не должна превышать установленного стандартом значения минус 5°С — для флотского мазута и моторного топлива.

Для снижения температуры застывания применяют депрессорные присадки, синтезированные  на основе сополимера этилена с винилацетатом. Механизм их действия заключается в  модификации структуры кристаллизующегося парафина, препятствующей образованию  прочной кристаллической решетки.

Температура вспышки определяет требования к пожарной безопасности остаточных топлив. Для котельных топлив нормируется температура вспышки в открытом тигле (90—100°С); эти нормы обеспечивают безопасную работу котельных установок.

 

Температура вспышки, °С: в открытом тигле	Мазут марки 40	Мазут марки 100
	92	120

 

Содержание воды, механических примесей и зольность. Эти компоненты являются нежелательными составляющими котельных топлив, так как присутствие их ухудшает экономические показатели работы котельного агрегата, увеличивает коррозию хвостовых поверхностей его нагрева. Как правило, вода образует с котельным топливом очень стойкие эмульсии. Большая стойкость эмульсий обусловлена высокой вязкостью мазута и наличием в нем поверхностно-активных асфальтено-смолистых стабилизаторов. С повышением температуры эмульсии разрушаются вследствие уменьшения поверхностного натяжения и вязкости.

В то же время наличие воды, равномерно распределенной по всему объему, оказывает  положительное влияние на эксплуатационные свойства топлив. Испарение мелкодисперсных  частиц воды происходит мгновенно в  виде «микровзрыва», процесс сгорания протекает плавно и с достаточной  полнотой, что приводит к снижению удельного расхода топлива и  дымности отработавших газов. Равномерное  распределение и образование  воды в виде мелкодисперсных частиц обеспечивается с помощью специальных  устройств: кавитаторов, смесителей.

Механические примеси засоряют фильтры и форсунки, нарушая процесс  распыливания топлива. Установлены  требования к содержанию механических примесей: для мазута марки 40 — не более 0,5 %, марки 100 — не более 1,0 %. Фактически топочные мазуты вырабатывают с более  низким содержанием механических примесей — до 0,2 %.

Зола, определяемая показателем зольность, характеризует наличие в топливе солей металлов. Она отлагается при сжигании топлив на поверхностях нагрева котлов и проточной части газовых турбин. Это ухудшает теплоотдачу, повышает температуру отходящих газов, снижает КПД котлов и газовых турбин.

Зольность топлив зависит, прежде всего, от содержания солей в нефти. Улучшение  обессоливания нефтей на нефтеперерабатывающих  предприятиях в последние годы позволило  получить обессоленные нефти с содержанием  солей не более 3—5 мг/л и вырабатывать котельные топлива с лучшими  показателями зольности.

С углублением переработки нефти  изменяется компонентный состав мазута вследствие более полного отбора из него дизельных фракций на установках вторичной переработки нефти. В  результате, в топочном мазуте увеличивается  содержание асфальто-смолистых веществ. Это приводит к снижению эффективности  горения и ухудшению стабильности при хранении, образованию осадков  и увеличению выбросов сажи в окружающую среду. Для таких топлив целесообразно  использование полифункциональной присадки, например, ВНИИНП-200. Механизм ее действия основан на разрушении структуры асфальто-смолистых веществ  мазута, благодаря чему улучшается его гомогенность и физическая стабильность, улучшается качество распыливания.