Технология дизельного топлива и оценка его качества

 

Раздел 1. Сфера  применения, классификация и сырьевая база дизельного топлива

1.1. Сфера применения и марки дизельного  топлива

Дизельное топливо- жидкий продукт, использующийся как топливо в дизельных двигателях[1].

Дизельное топливо предназначено  для быстроходных дизельных и  газотурбинных двигателей наземной и судовой техники.

В период с 1999-2010 гг. потребление дизельных топлив в сельском хозяйстве увеличилось в 4 раза[2]. Это связано с широкой дизелизацией автотракторной и комбайновой техники. Область применения дизельного топлива достаточно широка. Основные же его потребители – грузовой автотранспорт, водный и железнодорожный транспорт, сельскохозяйственная техника. Кроме того, остаточное дизельное топливо (или соляровое масло) часто используется в качестве котельного топлива, в смазочно-охлаждающих средствах при механической и закалочных жидкостях при термической обработке металлов, а также для пропитывания кож.

Дизельное топливо занимает третье место после нефти и  газа в структуре экспорта Украины. Каждый год мировой рынок потребляет по несколько миллионов тонн дизельного топлива. Отечественное дизельное топливо значительно отличается по качеству от европейского.

В Европе вопросу качества продаваемого дизельного топлива уделяют  намного больше внимания, чем в Украине. В первую очередь, отличие состоит в том, что несоответствие наших ГОСТов западным происходит по важнейшему параметру дизельного топлива - цетановому числу. Из-за его низкого показателя происходит снижение пусковых свойств, повышение жесткости работы и токсичности отработанных газов двигателя, а также снижение эффективности сгорания. Согласно действующим у нас требованиям (по ГОСТу 305-82), цетановое число для всех видов дизтоплива - не ниже 45 единиц. Тогда как в Европе величина цетанового числа должна быть не ниже 51 единиц. Практически все отечественное дизельное топливо производится из керосино-газойлевых прямогонных нефтяных и газоконденсатных фракций. К отечественному дизельному топливу практически не добавляются компоненты каталитического крекинга, содержащие значительное количество ароматических и непредельных углеводородов. По этой причине дизельное топливо Украины отличается высокой химической стабильностью при хранении и не требует добавления стабилизирующих присадок. Еще один важный показатель качества дизельного топлива - это массовая доля серы. Основная часть дизельного топлива не соответствует европейским требованиям по содержанию серы. По нормам ЕС она не должна превышать 0,005%, но у нас пока допускается до 0,2% и даже до 0,5%. Производство дизельного топлива, удовлетворяющее стандартам ЕС по содержанию серы, в настоящее время составляет менее 10% от общего объема производства.

Так же ГОСТы Украины не регламентируют другие в характеристики топлива: температурные свойства, смазывающие свойства и т.п.)[3].

Для дизельного топлива применяется  такая классификация:

1)в зависимости от климатических условий эксплуатации:

- Л( летнее) - при температуре окружающего воздуха С и выше;

-З( зимнее) – при температуре окружающего воздуха -С и выше;

- А(арктическое) – при температуре окружающего воздуха -С и выше.

2)в зависимости  от содержания серы:

-1-й – массовая доля серы не более 0,2%;

-2-й – массовая доля серы не более 0,5%.

Летнее, зимнее, арктическое  топлива отличаются между собой фракционным составом, вязкостью, температурой застывания, показателями, влияние которых проявляется при изменении температуры топлива. Летнее топливо, более тяжелое по фракционному составу, имеет высокую вязкость и температуру застывания[4].

Данные технических характеристик  дизельного топлива приведены в  таблице 1[5].

Таблица 1. Техническая характеристика дизельных топлив

(ГОСТ 305-82)

Показатель	Л	З	А
Цетановое число,не менее	45	45	45
Температура выкипания фракций, :
10%, не ниже	Не нормируется
50%,не выше	280	280	255
96%, не выше	360	340	330
Температура: Вспышки (в закрытом тигле), не ниже
	40	35	30
Застывания, не выше	-10	-45	-35
Помутнения, не выше	-5	-35	-
Кинетическая вязкость при С, сСт	3,0…6,0	1,8…1,5	1,5…4,0
Массовая доля серы,%,не более	0,2…0,5	0,2…0,5	0,2…0,4
Концентрация фактических  смол,мг на 100 топлива,не более	40	30	30
Плотность при С, кг/,не более	860	840	830
Зольность, %, не более	0,01	0,01	0,01
Коксуемость 10% остатка, %, не более	0,3	0,3	0,3
Кислотность, мг КОН на 100 топлива, не более	5	5	5
Йодное число, г на 100г  топлива, не более	6	6	6
Содежание:
Сероводорода,воды	Отсутсвует
Коэффициент фильтруемости, не более	3	3	3

 

 

 

 

 

 

1.2.Сырьевая база дизельного топлива

Сырьём для производства дизельного топлива является нефть.

Нефть - природная маслянистая горючая жидкость, состоящая из сложной смеси углеводородов и некоторых других органических соединений. Нефть представляет собой смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых большая часть — жидкие углеводороды (> 500 веществ или обычно 80—90 % по массе) и гетероатомные органические соединения (4—5 %), преимущественно сернистые (около 250 веществ), азотистые (> 30 веществ) и кислородные (около 85 веществ), а также металлоорганические соединения (в основном ванадиевые и никелевые); остальные компоненты — растворённые углеводородные газы (C₁-C₄, от десятых долей до 4 %), вода (от следов до 10 %), минеральные соли (главным образом хлориды, 0,1—4000 мг/л и более), растворы солей органических кислот и др., механические примеси. Нефть перерабатывают с целью получения широкого спектра продуктов.

В настоящее время нефть  добывают на всех континентах, кроме  Антарктиды. В мире насчитывается более 40 тыс. известных месторождений нефти.

При перегонке нефти выделяется несколько фракций, различных по температуре кипения. Сырьём для  получения дизельного топлива является газойль(С18 — С25).В зависимости от природы нефти углеводородный состав газойля изменяется в широких пределах (содержание парафино-нафтеновых углеводородов 20-70%, остальное - ароматические углеводороды и примеси, содержащие гетероатомы). Газойль-компонент дизельного топлива (до 20%).

В зависимости от способа переработки  нефти можно получить легкий газойль с температурой выкипания 200-360 °С и тяжелый газойль с температурой выкипания в пределах 360-500 °С. Легкий газойль подвергают сначала облагораживанию, что позволяет значительно снизить содержание примесей гетероатомных соединений (S с 0,7-1,3 до 0,2-0,5%), и используют как добавку к дизельному топливу (до 30%). Тяжелый газойль - маловязкий компонент котельного топлива (до 20%).

Дизельное топливо- горючая маслянистая жидкость плотностью 800-860кг/. Процесс образования горючей смеси у дизеля происходит непосредственно в цилиндре двигателя. Смесь воспламеняется от высокой температуры, вызываемой сравнительно большой степенью сжатия, поэтому дизельные топлива должны обладать низкой температурой самовоспламенения.

Фракции дизельного топлива и масляные дистилляты, получаемые на установках первичной перегонки нефти в  составе нефтеперерабатывающих  заводов с топливными или топливно-масляными  схемами переработки нефтей, не могут  быть, в ряде случаев, непосредственно  использованы по назначению из-за относительно высоких температур застывания, определяемых, главным образом, содержанием в  них нормальных парафинов.  Понизить температуру застывания указанных фракций можно несколькими способами.  При низком содержании нормальных парафинов эффективным является применение депрессорных присадок, механизм действия которых заключается в блокировании зародышевых центров кристаллизации парафинов. Второй способ — химическое превращение нормальных парафинов, содержащихся в нефтяных фракциях, в другие углеводороды. Процессы такого типа (изомеризация, риформинг) широко применяются для повышения детонационной стойкости бензинов. В последние годы появились сообщения об использовании процессов дегидрокрекинга для получения низкозастывающих дизельных топлив и масел. Нормальные парафины, содержащиеся в сырье, превращаются при этом в низкомолекулярные изопарафины, выделяемые перегонкой в виде фракций высокооктанового бензина.

Для улучшения качества готового продукта применяются присадки.

Присадки- химические соединения, добавляемые к базовым веществам    для защиты их от старения, а также для придания маслам заданных свойств.

Присадки классифицируются на такие виды:

-антиокислительные присадки, процесс окисления носит характер цепной реакции, при которой начавшееся окисление и посторонние включения, имеющиеся в масле, ускоряют процесс дальнейшего окисления, при этом металлические части смазываемой конструкции выступают в роли катализатора, антиокислительные присадки прекращают процесс окисления и блокируют каталитический эффект металлических поверхностей;

-моющие и диспергирующие присадки предохраняют поверхности деталей двигателя от отложений и поддерживают нерастворимые загрязнения в диспергированными в масле;

-противокоррозионные присадки обеспечивают образование на металлических поверхностях пленки, предотвращающей коррозию;

-противоизносные присадки образуют на смазываемых поверхностях пленку, предотвращающую непосредственное соприкосновение металлических поверхностей.

-противозадирные присадки образуют вместе со смазываемыми металлическими поверхностями химическую пленку, которая эффективно предотвращает задиры, противоизносные и противозадирные присадки снижают трение и износ;

-противопенные присадки предотвращают образование стойкой пены за счет снижения поверхностного напряжения масла.

-присадки, снижающие температуру застывания обеспечивают текучесть масла при низкой температуре, предотвращая слипание парафиновых и др. кристаллов.

-присадки, улучшающие индекс вязкости замедляют изменение вязкости масла с изменением температуры за счет изменения объема высокомолекулярных полимеров, из которых они состоят, при повышении температуры их объем увеличивается, а при снижении температуры – уменьшается[6].

 

 

 

 

 

 

Раздел 2. Технология дизельного топлива

2.1. Основные этапы получения  дизельного топлива

Промышленное производство дизельного топлива, которое осуществляется, как правило, на крупных заводах  по переработке нефти, состоит из нескольких этапов: первичная и вторичная  переработка нефти, а также компаундирование (смешение).

Первый этап - первичная  переработка или прямая перегонка - заключается в разделении нефти  на фракции в зависимости от температуры  кипения. Этот этап, в результате которого получают дизельные фракции, применяемые  для последующего изготовления топлива  разного типа, проводится в специальных  ректификационных колоннах.

Второй этап - вторичная  переработка - изменяет химический состав полученных дизельных фракций и  структуру углеводородов. Вторичная  переработка производится методом  крекинга (от английского слова "cracking" - расщепление), в результате которого происходит расщепление молекул  мазута на более мелкие. Крекинг  бывает трех видов:

-каталитический крекинг - с применением катализатора;

-термический крекинг, в процессе которого крупные молекулы расщепляются под воздействием высоких температур без участия катализатора;

-гидрокрекинг - применяется катализатор и водород.

Из первичных, или физических, способов переработки нефти наиболее распространена прямая перегонка. Топливно-масляной вариант е осуществляют в атмосферно-вакуумных установках. На первой, работающей при атмосферном давлении, из нефти выделяют более лёгкие фракции, на второй, идущей при разрежении,  из мазута получают масляные фракции. Разрежение необходимо для снижения температуры отбора масляных фракций, которая в обычных условиях выше температуры разложения углеводородов(С). Для лучшего использования теплоты нефть предварительно нагревают в теплообменниках до С, а потом подают в трубчатую печь, где при 350 градусах лёгкие фракции испаряются. Их парообразная смесь, поступая в нижнюю часть ректификационной колонны, отделяется от жидкого остатка- мазута, который направляют на вторую ступень установки. Пары углеводородов, барботируя, постепенно охлаждаются и конденсируются. Фракции, предварительно охлаждаясь в конденсаторах или холодильниках, поступают на склады. По высоте колонны поддерживается температура в пределах температуры отбора соответствующих фракций.

Бензин и лигроин являются моторными топливами, применяемыми для карбюраторных двигателей, солярные фракции- для дизельных, керосиновая  фракция применяется для реактивных двигателей, а остальные фракции- для производства масел[7].

Возрастающая потребность  в производстве топлив и ограниченность их содержания в исходном сырье сделали  необходимым применение вторичной переработки нефти, позволяющей значительно увеличить выход топливных фракций (например, выход бензина может возрасти с 20 до 60 %).

Идея практического использования  расщепления углеводородов нефти  путем воздействия высоких температур была выдвинута русским инженером  В. Г. Шуховым еще в 1891 г. Теоретические  основы этой идеи разработал русский  химик А. А. Летний, описавший в 1875 г. процесс разложения тяжелых углеводородов  на более легкие путем их нагревания. В настоящее время термический крекинг из-за низкого качества получаемых продуктов (бензинов), не удовлетворяющих требованиям современных двигателей, почти полностью вытеснен другими, более современными методами вторичной переработки нефти. Новые установки термического крекинга теперь не строят, а действующие по возможности переоборудуют в установки каталитического крекинга и других современных процессов.