Ахметов А. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа

Подождите немного. Документ загружается.

фракций, они практически не содержат алкенов, имеют низкие иодные

числа (не выше

3,5 г I

/100 мл) и характеризуются достаточно высо-

кой химической стабильностью. В условиях хранения окислительные

процессы в таких топливах идут очень медленно. Гидроочищенные

реактивные топлива, хотя в них удалены гетеросоединения, тем не ме

нее легче окисляются кислородом воздуха ввиду удаления природных

антиокислителей и образуют смолоподобные продукты нейтрального

и кислотного характера. Для повышения химической стабильности

гидроочищенных топлив добавляют антиокислительные присадки

(типа ионола). Химическая стабильность реактивных топлив оцени

вается по иодным числам и содержанию фактических смол.

Термоокислительная стабильность характеризует склонность реак

тивных топлив к окислению при повышенных температурах с обра

зованием осадков и смолистых отложений. В условиях авиационных

полетов имеет место повышение температуры топлива в топливных

системах вплоть до 200 °С и выше, например, в сверхзвуковых самолетах.

Окисление топлив при повышенных температурах значительно уско

ряется за счет каталитического действия материала деталей топливных

систем. Для снижения интенсивности окислительных процессов наибо

лее эффективно введение в реактивное топливо присадок, пассивирую-

щих каталитическое действие металлов. Оценку термоокислительной

стабильности реактивных топлив проводят в специальных приборах

в статических и динамических условиях. Статический метод оценки

заключается в окислении образца топлива при 150 °С в изолированном

объеме с последующим определением массы образовавшегося осадка

(в мг/100 мл) в течение 4 или 5 ч. Стабильность в динамических услови

ях оценивают по величине перепада давления в фильтре при прокачке

нагретого до 150

…180 °С топлива в течение 5 ч или по образованию

осадков в нагревателе (в баллах).

Повышение термоокислительной стабильности реактивных топлив

обеспечивают технологическими методами (гидроочисткой) и введе

нием специальных присадок (антиокислительных, диспергирующих

или полифункциональных).

Коррозионная активность реактивных топлив

. Она оценивается, как

и для топлив поршневых ДВС, следующими показателями: содержани

ем общей серы, в т. ч. сероводорода и меркаптановой серы, содержанием

водорастворимых кислот и щелочей, кислотностью и испытанием на

медной пластинке. Топлива должны выдерживать испытание на медной

пластинке (при

100 °С в течение 3 ч), а также в них должны отсутство-

вать сероводород, водорастворимые кислоты и щелочи.

Марки реактивных топлив. Отечественными стандартами преду-

сматривается возможность производства реактивных топлив четырех

марок для дозвуковой авиации

(Т-1, ТС-1, Т-2 и РТ) и две марки для

сверхзвуковых самолетов – Т-6 (табл. 1.10). Топливо Т-1 – это пря

могонная керосиновая фракция

(150…280°С) малосернистых нефтей.

Выпускают его в очень малых количествах.

Т-2 – топливо широкого

фракционного состава (60

…280 °С) – признано резервным и в насто-

ящее время не вырабатывается

. Наиболее массовыми топливами для

дозвуковой авиации являются ТС

-1 и РТ. Топливо ТС-1 – прямогон-

ная фракция

150…250 °С сернистых нефтей. Отличается от Т-1 более

легким фракционным составом. Топливо РТ разработано взамен Т-1

и ТС-1. В процессе его производства прямогонные дистилляты

(135

…280 °С) подвергают гидроочистке. Для улучшения эксплуата-

ционных свойств в топливо РТ вводятся присадки противоизносные

марки П (0,002

…0,004 % мас.), антиокислительная (ионол 0,003…0,004 %

мас.), антистатические и антиводокристаллизирующие типа тетрагид-

рофурфуролового спирта (ТГФ).

Таблица

1.10 – Требования к качеству реактивных топлив

Показатель ТС-1 РТ Т-6 Т-8В

Плотность при 20 °С, кг/м

, не менее 780 775 840 800

Фракционный состав, температура, °С:

начало кипения, не выше 150 155 – –

начало кипения, не ниже – 135 195 165

10 % , не выше 165 175 220 185

50 % , не выше 195 225 255 –

90 %, не выше 230 270 290 –

98 % , не выше 250 280 315 280

Вязкость кинематическая, мм

/с:

при 20 °С, не менее 1,25 1,25 4,5 >1,5

при –40 °С, не более 8 16 60 16

Теплота сгорания низшая, кДж/кг, не менее 43 100 43 100 42 900 42 900

Высота некоптящего пламени, мм, не менее

25 25 20 20

Кислотность, мг КОН/100 мл, не более

0,7 0,7 0,1 –

Температура начала кристаллизации, °С, не выше –60 –55 –60 –50

Иодное число, г I

/100 мл, не более 3,5 0,5 0,8 0,9

Показатель ТС-1 РТ Т-6 Т-8В

Содержание:

аренов, % , не более 22 22 10 22

фактических смол, мг/100 мл, не более

3 4 4 4

общей серы, % , не более 0,2 0,1 0,05 0,1

меркаптановой серы, % , не более

0,003 0,001 0 0,001

сероводорода, %, не более отсутствие

Испытание на медной пластинке выдерживает

Содержание водорастворимых кислот, щелочей,

мех. примесей и воды

отсутствие

Зольность, %, не более 0,003 0,003 0,003

Содержание мыл нафтеновых кислот

отсутствие

Содержание нафталиновых углеводородов, %,

не более

1,5 1 1

Термическая стабильность в статических услови

ях при 150 °С, мг/100 мл, не более:

в течение 4 ч 18 – – –

в течение 5 ч – – 6 6

Термическая стабильность

в динамических условиях при 150...180 °С:

перепад давления на фильтре за 5 ч, МПа,

не более

0,083 0,01 0,01 0,01

отложения на подогревателе, баллы, не более 2 2 0 –

Люминометрическое число, не менее

55 55 45 45

Температура вспышки в закрытом тигле, °С,

не менее

28 28 62 45

Реактивное топливо для сверхзвуковой авиации Т-6 представляет

собой глубокогидроочищенную утяжеленную керосино-газойлевую

фракцию (195

…315 °С) прямой перегонки нефти. У топлива низкое

содержание серы, смол, ароматических углеводородов (до 10 % мас.,

а фактическое –

3…7 % мас.), высокая термическая стабильность, хо-

рошо прокачивается, малокоррозийно и используется на самолетах,

имеющих скорости полета до 3,5 М.

Топливо для сверхзвуковой авиации Т-8В представляет собой гид-

роочищенную керосиновую фракцию 165…180 °С сернистых нефтей.

Отечественные реактивные топлива по качеству не уступают зару

бежным маркам топлив, например ДЖЕТА (А-1) и УР-5, а по некото

рым показателям превосходят их.

Продолжение таблицы 1.10

1.3.4. Газотурбинные топлива

Газотурбинные двигатели (ГТД) обладают рядом преимуществ перед

поршневыми: малые габариты и меньшая масса на единицу мощности, быс-

трый запуск и простота управления, малая потребность в охлаждающей

воде, высокая надежность, возможность работать на дешевых нефтяных

топливах, а также на топливах любого вида

(газообразном, жидком и да-

же пылевидном твердом). Эти достоинства ГТД обусловили достаточно

широкое их использование в различных отраслях народного хозяйства

преимущественно в энергетике

(на стационарных и передвижных элек-

трических, газо- и нефтеперекачивающих станциях) и некоторых видах

транспорта

(речных и морских судах, железнодорожных локомотивах).

Главный недостаток ГТД – сравнительно низкий КПД: 24

…27 % против

40 % у дизеля. КПД стационарных ГТД можно повысить, если использо

вать отработавшие их газы для отопления или горячего водоснабжения

Газотурбинные установки, как правило, работают на жидком угле-

водородном топливе утяжеленного фракционного состава, полученном

при различных процессах переработки нефти. Применение таких деше

вых топлив позволяет снизить стоимость энергии, получаемой на ГТД,

даже при повышенном расходе топлива.

К газотурбинным топливам предъявляются значительно менее жест

кие требования к качеству по сравнению с реактивными топливами.

Наиболее важное эксплуатационное требование к их качеству – низ

кое содержание в них ванадия, натрия и калия, вызывающих коррозию

камер и лопаток газовых турбин. Исследованиями было установлено,

что топлива с низким содержанием коррозионно-активных металлов

получаются на базе дистиллятных фракций прямой перегонки глу

бокообессоленной нефти, термического и каталитического крекинга

и коксования с температурой конца кипения до 480 °С.

В нашей стране выпускается 2 марки газотурбинных топлив: А – для

пиковых газотурбинных установок и Б – для судовых и энергетических

установок (табл. 1.11)

Фракционный состав для газотурбинных установок не нормируется,

однако он косвенно регулируется требованием по вязкости и плотнос-

ти. Условная вязкость при

50 °С для топлива марки А нормируется не

более 1,6 °ВУ, а для Б – 3 °ВУ. Плотность при 20 °С должна быть не бо-

лее 935 кг/м

. Содержание серы допускается до 2,5 и 1,8 % для марок Б

и А соответственно. Зольность для всех марок должна быть ниже 0,01 %.

Содержание ванадия нормируется не более 0,04 и 0,005 % мас. для марок

соответственно Б и А. Для этих марок регламентируется температура

вспышки не ниже 65 °С и температура застывания не выше 5 °С.

Таблица 1.11 – Требования к качеству газотурбинных

и котельных топлив

Показатель

Газотур-

бинные

топлива

Котельные топлива

Б А Ф–5 Ф–12 40 10

Вязкость при 50 °С, не более:

условная,°ВУ 3 1.6 5 12 8* 16*

кинематическая, м

/с – – 36,2 89,0 59* 118*

Теплота сгорания низшая, Дж/кг

не менее

39 800 39 800 41 454 40 740 39 900 40 530

Зольность, %, не более 0,01 0,01 0,05 0,1 0,12 0,14

Содержание, %, не более:

мех. примесей 0,03 0,02 0,1 0,12 0,8 1,5

ванадия 0,0004 0,00005 – – – –

кальция – 0,0004 – – – –

суммы натрия и калия – 0,0002 – – – –

воды 0,5 0,1 0,3 0,3 1,5 1,5

серы 2,5 1,8 2 0,6 3,5 3,5

сероводорода отсутствие

водорастворимых кислот

и щелочей

отсутствие

Коксуемость, %, не более 0,5 0,2 6 6 – –

Плотность при 20°С, кг/м,

не более

935 – 955 960 965 1015

Температура, °С:

вспышки в закрытом тигле,

не ниже

61 65 80 90

вспышки в открытом тигле,

не ниже

– – – – 90 110

застывания, не выше 5 5 –5 –8 10 25

Иодное число, г I

/100 г, не более 45 – – – – –

* При 80 °С.

Удовлетворение требований по зольности и содержанию ванадия,

калия и натрия достигается обычно обессоливанием исходной нефти

и водной промывкой топлив. Эффективным средством борьбы с вана

диевой коррозией является и введение присадок на основе солей меди,

цинка, магния, кобальта и т. д. Практическое применение получили

присадки, содержащие магниевые соли синтетических жирных кислот

–С

и окисленного петролатума. Они снижают интенсивность ва-

надиевой коррозии в

4…10 раз за счет перевода низкоплавкого оксида

ванадия в высокоплавкий ванадат магния Mg

(VO

)

1.3.5. Котельные топлива

В нашей стране котельные топлива являются наиболее массовым

нефтепродуктом. Однако в связи с интенсивной газификацией котель

ных установок или переводом их на твердые виды топлива производ

ство котельных топлив будет непрерывно сокращаться.

Паротурбинные установки эксплуатируются в различных облас-

тях техники, на электростанциях, морских и речных судах, в железно

дорожном транспорте, в насосных и т. д. Топлива для топок судовых

и стационарных котельных установок, а также для промышленных пе

чей (мартеновских и других) получают смешением тяжелых фракций

и нефтяных остатков, а также остатков переработки углей и сланцев.

Наиболее широко применяют котельные топлива нефтяного происхож

дения. Качество котельных топлив нормируется следующими показа

телями: вязкость – показатель, позволяющий определить мероприятия,

которые требуются для обеспечения слива, транспортировки и режима

подачи топлива в топочное пространство. От условий распыливания

топлива зависит полнота испарения и сгорания топлива, КПД котла

и расход горючего. Величина вязкости топлива оценивается в зависимос-

ти от его марки при

50 и 80 °С в °ВУ. Температура вспышки определяет

условия обращения с топливом при производстве, транспортировке,

хранении и применении. Не рекомендуется разогревать топочные ма

зуты в открытых хранилищах до температуры вспышки. Основную

массу котельных топлив производят на основе остатков сернистых

и высокосернистых нефтей. При сжигании сернистых топлив образуют

ся окислы серы, которые вызывают интенсивную коррозию металличес-

ких поверхностей труб, деталей котлов и, что недопустимо, загрязняют

окружающую среду. Для использования в технологических котельных

установках, таких как мартеновские печи, печи трубопрокатных и ста

лепрокатных станов и т

. д., не допускается применение высокосернис-

тых котельных топлив.

В нашей стране выпускаются следующие марки котельных топлив

(см. табл. 1.11):

1) флотские мазуты марок Ф-5 и Ф-12. Ф-5 получают смешением

мазута и гудрона сернистых нефтей с дистиллятными фракциями

прямой перегонки и вторичных процессов. Содержание серы в них

допускается до 2 %. Ф-12 представляет собой смесь дистиллятных

и остаточных продуктов переработки малосернистых нефтей. Со-

держание серы в нем допускается до 0,6 %. Флотские мазуты Ф-5

и Ф-12 различаются между собой по вязкости. Вязкость условная

при 50 °С для этих марок нормируется соответственно не более

5 и 12 °ВУ;

2) топочные мазуты

40 и 100 – являются наиболее массовыми котель-

ными топливами. Они предназначаются для всех котельных и на

гревательных установок общего назначения. По содержанию серы

выпускают топлива: малосернистые – от 0,5 до 1,0 %, сернистые – от

1,0 до 2 % и высокосернистые – до 3,5 %;

3) топливо для мартеновских печей. Вырабатывают две марки: МП –

малосернистое (до 0,5 %) и МПС – сернистое (до 1,5 %).

Отечественные котельные топлива, хотя по качеству примерно со

ответствуют зарубежным аналогам, однако недостаточно полно удо

влетворяют потребностям по целому ряду показателей: содержанию

серы и механических примесей, зольности и температуре застывания

высокопарафинистых мазутов. Отечественные котельные топлива по

сравнению с зарубежными содержат значительное количество разба

вителей – ценных дизельных фракций, что обусловливается нехваткой

мощностей висбрекинга, с одной стороны, и отсутствием депрессорных

присадок – с другой. Во ВНИИ НП разработаны и испытаны весьма

эффективные депрессорные присадки к мазутам на основе сополимеров

этилена и винилацетата двух марок: ВЭС

-407 и ВЭС-488. Однако до

настоящего времени их промышленное производство не организовано.

Нашей промышленностью в недостаточных количествах (примерно на

одну треть от потребности) производятся исключительно нужные для

повышения качества котельных топлив присадки, такие как детергент

но-диспергирующие (ВНИИ НП-102 для флотских мазутов), много

функциональные (ВНИИ НП-106 М для высокосернистых котельных

топлив), антикоррозионные (Полифен) и др.

1.3.6. Основные химмотологические требования

к нефтяным маслам

Смазочные масла, применяемые практически во всех областях тех

ники, в зависимости от назначения выполняют следующие основные

функции: уменьшают коэффициент трения между трущимися поверх

ностями, снижают интенсивность изнашивания, защищают металлы

от коррозии, охлаждают трущиеся детали, уплотняют зазоры между

сопряженными деталями, удаляют с трущихся поверхностей продукты

изнашивания. Несмазочные масла служат рабочими жидкостями в гид-

равлических передачах, электроизоляционной средой в трансформато-

рах, конденсаторах, кабелях, масляных выключателях, используются

для приготовления смазок, присадок и т. п.

В товарном ассортименте более 400 марок масел различного на

значения, однако широко распространено лишь ограниченное число

марок.

По источнику сырья масла подразделяются на дистиллятные, полу

ченные из соответствующих масляных фракций вакуумной перегонки

мазута; остаточные, полученные из остатка вакуумной перегонки ма

зута, т

. е. из гудрона; компаундированные, полученные при смешении

дистиллятного и остаточного компонентов; загущенные, полученные

введением в базовые масла загущающих полимерных присадок (в мар

ках масел обозначаются индексом «З»). По способу очистки различают

масла кислотно-щелочной, кислотно-контактной, селективной и ад

сорбционной очистки и гидроочистки (или гидрокрекинга). Основное

количество масел производят с использованием процессов селективной

очистки и депарафинизации.

Основными показателями качества всех смазочных масел являют

ся вязкость и ее изменение с температурой (вязкостно-температурные

свойства); температура застывания; устойчивость против окисления

кислородом воздуха (химическая стабильность); смазочная способ

ность; защитные и антикоррозионные свойства. Кроме того, к различ

ным группам масел, например несмазочных, в зависимости от назна

чения предъявляются специфические требования.

Вязкость и вязкостно

-температурные свойства масел зависят

от их фракционного и химического состава. С повышением темпера

туры кипения масел их вязкость возрастает. Остаточные масла более

вязкие, чем дистиллятные. Парафиновые углеводороды нормального

строения характеризуются наименьшей вязкостью. С разветвлением

цепи их вязкость возрастает. Циклические углеводороды значительно

более вязкие, чем парафиновые. При одинаковой структуре вязкость

нафтенов выше, чем аренов. Наибольшую вязкость имеют смолисто-

асфальтеновые вещества. Важнейшей характеристикой масел является

изменение их вязкости с температурой.

Чем более полога температурная кривая вязкости, тем выше значе

ние ИВ и более качественно масло (современные масла должны иметь

ИВ не менее 90). Индекс вязкости, наряду с температурой застыва

ния, определяет интервал температур, в котором работоспособно масло.

Всесезонные масла, например, имеют более высокие значения ИВ, чем

летние или зимние. Наибольшим ИВ обладают алканы нормального

строения. Для циклических углеводородов характерно улучшение вяз-

костно-температурных свойств с уменьшением цикличности молекул

и увеличением длины боковых цепей. Для получения высокоиндекс

ных масел следует полностью удалять полициклические арены и наф-

тено-ароматические углеводороды с короткими боковыми цепями

и смолисто-асфальтеновые вещества.

Температура застывания масел зависит от содержания в них ту

гоплавких углеводородов, и прежде всего парафинов и церезинов. Вы

деляющиеся при низких температурах кристаллы твердых углеводоро

дов образуют пространственную структуру, что приводит к застыванию

и потере подвижности масел. Поэтому из масел следует удалять, по

мимо низкоиндексных, и компоненты, ухудшающие их низкотемпера

турные свойства.

Химическая стабильность масел. В процессе длительной эксплуа

тации под воздействием кислорода воздуха образуются (особенно интен

сивно при высоких температурах и каталитическом влиянии различных

металлов) и накапливаются в маслах различные продукты окисления

и конденсации (оксикислоты, смолы, асфальтены, углистые отложения,

лаки и др.), которые ухудшают их эксплуатационные свойства.

Наилучшей химической стабильностью обладают малоцикличные

нафтено-ароматические углеводороды.

Смазочная способность масел является важнейшей их характери

стикой в условиях работы машин и механизмов при больших нагрузках

и малых скоростях. Она определяет способность масла создавать на

металлической поверхности весьма прочный, но очень тонкий смазоч

ный слой толщиной всего лишь 0,1

–1,1 мкм, т. е. 50…500 молекулярных

слоев. Такой тип смазки получил название граничной смазки. Несмотря

на ничтожно малую толщину такого слоя, износ материалов при гра

ничной смазке уменьшается в тысячи раз по сравнению с сухим трени

ем. Наилучшей смазочной способностью обладают смолисто-асфаль

теновые вещества, некоторые высокомолекулярные сероорганические

и кислородсодержащие соединения, которые, с точки зрения других

эксплуатационных показателей, в маслах нежелательны и подлежат

удалению. Поэтому для улучшения смазочной способности в масла

вводят специальные поверхностно-активные присадки.

Защитные и антикоррозионные свойства масел обусловливают

ся их способностью вытеснять воду с поверхности металла, удерживать

ее в объеме смазочного материала и образовывать на нем прочные ад

сорбционные и хемосорбционные пленки, препятствующие развитию

коррозионных процессов. Базовые нефтяные масла не способны дли

тельно защищать металлы от коррозии. Их защитные свойства улучша-

ют введением небольших количеств ингибиторов коррозии.

Моторные масла. Моторные масла предназначены, как уже отмеча

лось, для смазки двигателей различных систем. Доля их в общем объеме

производства масел составляет: в мире 50 %, в бывшем СССР – 60 %.

Стремление форсировать ДВС значительно повысило требования

к качеству моторных масел, работающих на высокотемпературном ре

жиме.

Отечественные товарные моторные масла в соответствии с ГОСТ

17479–72 обозначаются при маркировке буквой М с указанием класса

вязкости (по значению

100

) и группы по эксплуатационным свойствам

буквами А,

Б, В, Г, Д и Е с индексом 1 или 2, означающим примени-

мость их соответственно к бензиновым или дизельным двигателям.

В зависимости от жесткости (форсированности) работы ДВС масла

дифференцируют на следующие группы: А – для нефорсированных

двигателей, Б – малофорсированных, В – среднефорсированных,

Г – высокофорсированных бензиновых и дизельных двигателей,

Д – для высокофорсированных дизелей, работающих в тяжелых усло

виях, Е – для малооборотных дизелей с лубрикаторной системой смаз

ки. Например, М-10

– это моторное масло для смазки высокофор-

сированных карбюраторных двигателей с вязкостью

100

10±0,5 сСт;

М-4

/8В

– масло предназначено для смазки среднефорсированных

дизелей с вязкостью

100

8±0,5 сСт, содержит загущающие присадки.

Основные характеристики наиболее распространенных марок масел

приведены в табл. 1.12.

Трансмиссионные и осевые масла. Трансмиссионные масла ис

пользуются для смазки агрегатов трансмиссий транспортных машин

и промышленных редукторов.

Агрегаты трансмиссий транспортных машин предназначены для

передачи мощности от двигателя к движителю (колесу, гусенице,

гребному валу и т

. д.). Они подразделяются на механические и гидрав-

лические. Механическая трансмиссия состоит обычно из сцепления,

коробки передач, карданной передачи и ведущего моста. На автомоби

лях повышенной проходимости (с двумя или более ведущими мостами)

в трансмиссию дополнительно включают раздаточные коробки и короб

ки отбора мощности. К числу основных агрегатов механических транс

миссий различных типов (цилиндрических, конических, червячных,

гипоидных и др.), смазываемых маслом, относятся коробка передач,

ведущий мост, коробка отбора мощности и раздаточная коробка