Васильева Л.С. Автомобильные эксплуатационные материалы

Подождите немного. Документ загружается.

Л.С. Васильева

Автомобильные

эксплуатационные

материалы

Допущено УМО вузов РФ по образованию в области транс-

портных машин и транспортно-технологических комплексов

в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся по

специальностям "Автомобили и автомобильное

хозяйст-

во" и "Сервис транспортных и технологических машин и

оборудования (Автомобильный транспорт)" направле-

ния подготовки "Эксплуатация наземного транспорта и

транспортного оборудования".

Издание второе, исправленное

МОСКВА "НАУКА-ПРЕСС" 2004

УДК

656.1(075)

ББК 30.82я73

В19

Рецензенты:

заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор

МД.

Безбородько

кандидат технических наук, профессор

лауреат премии Правительства РФ

С.П.

Ежов

Васильева Л.С.

Автомобильные эксплуатационные материалы: Учеб. для вузов.

Изд.

2-е / Л.С. Васильева - М.: Наука-Пресс, 2004. -

421

с.

ISBN

5-02-032842-1

В учебнике освещено современное состояние развития автомобильных экс-

плуатационных материалов на основе достижений науки и практики; изложены

сведения

по производству топливо-смазочных

(ТСМ)

и неметаллических мате-

риалов и предъявляемые к ним требования, в том числе экологические. Рассмо-

трены важнейшие эксплуатационные свойства ТСМ, влияющие на надежность

работы двигателей и агрегатов автомобилей. Освещены вопросы применения

газообразных и других перспективных топлив (из биомассы, с добавкой расти-

тельных масел и др.) и масел ненефтяного происхождения. Приведены сведения

по ассортименту ТСМ, показателям их качества и взаимозаменяемости. Уделе-

но

внимание

вопросам рационального применения ТСМ, а также охлаждающих

и тормозных жидкостей, лакокрасочных и других конструкционно-ремонтных

материалов

в различных условиях эксплуатации автомобилей.

Для студентов автотранспортных вузов и факультетов, а также

учащихся

колледжей, техникумов и практических работников автомобильного транспорта.

Ил. 95. Табл. 96. Библиогр.

106

назв.

ISBN

5-02-032842-1

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие 7

Глава

Основные сведения о производстве топлив и смазочных

материалов

1.1.

Влияние химического состава нефтей на свойства получаемых

топлив и масел 9

1.2. Получение топлив прямой перегонкой 18

1.3. Вторичная переработка нефти методами термической дест-

рукции и синтеза 21

1.4. Получение масел 28

Глава 2

Общие свойства топлив

2.1. Сгорание топлива в двигателе 32

2.2. Теплота сгорания топлив 38

2.3. Понятие "условное топливо" 40

Глава 3

Автомобильные бензины

3.1. Эксплуатационные требования 42

3.2.

Карбюрационные

свойства 42

3.3. Нормальное и детонационное сгорание 53

3.4. Оценка детонационной стойкости бензинов 60

3.5. Антидетонаторы 63

3.6. Свойства бензинов, влияющие на образование отложений в

двигателе 69

3.6.1. Стабильность топлив 69

3.6.2. Загрязненность бензинов 72

3.7. Коррозионные свойства 73

3.8. Экологические требования к бензинам 74

3.9. Ассортимент бензинов .• 77

Глава 4

Дизельные топлива

4.1.

Эксплуатационные требования к качеству дизельных топлив 85

4.2. Свойства дизельных топлив, влияющих на подачу и смесеоб-

разование 86

4.2.1. Низкотемпературные свойства 87

4.2.2. Вязкость и плотность дизельных топлив, вода и меха-

нические примеси в них 91

4.2.3. Испаряемость дизельных топлив 97

4.3. Сгорание топлив и оценка самовоспламеняемости дизельных

топлив 99

4.4. Свойства дизельных топлив, влияющие на образование отло-

жений в двигателе 106

4.5. Коррозионные свойства дизельных топлив 108

4.6. Оценка огнеопасности дизельных топлив

111

4.7. Экологические требования к дизельным топливам

113

4.8. Присадки к дизельным топливам

114

4.9. Ассортимент дизельных топлив

115

Глава 5

Газообразные углеводородные

топлива

5.1.

Общие требования к качеству газовых топлив, общие сведе-

ния, классификация 122

5.2. Газ нефтяной сжиженный (ГНС)

(пропан-бутановая

смесь) ... 125

5.3.

Компримированный

(сжатый) природный газ (КПГ) 132

5.4. Общие требования к технике безопасности при работе авто-

мобилей на газовом топливе 142

Глава 6

Основы применения нетрадиционных топлив

6.1. Синтетические спирты 144

6.2.

Метилтретичнобутиловый

эфир 151

6.3. Газовые конденсаты 152

6.4. Водород 156

6.5. Топлива из биомассы и дизельные топлива с добавкой расти-

тельных масел 159

6.6. Вода как добавка к топливу 163

6.7. Области применения нетрадиционных топлив 165

Глава 7

Смазочные материалы для

двигателей,

агрегатов трансмиссий

и других механизмов автомобилей

7.1. Основные виды трения и изнашивания. Назначение смазоч-

ных материалов и основные функции, выполняемые смазоч-

ными материалами 168

7.2. Моторные масла 175

7.2.1.

Основные функции, выполняемые моторными маслами,

и требования к ним 177

7.2.2. Вязкостные и низкотемпературные свойства 178

7.2.3.

Противоизносные

свойства 185

7.2.4.

Противоокислительные

и диспергирующие свойства .... 188

7.2.5. Защитные и коррозионные свойства 195

7.2.6. Присадки к моторным маслам 198

7.2.7. Изменение свойств масел при эксплуатации 200

7.2.8. Контроль качества и оценка старения масел 205

7.2.9. Расход моторных масел и пути его снижения 208

7.2.10. Восстановление качества работавших масел 211

7.2.11. Классификация моторных масел 218

7.2.12. Ассортимент моторных масел 229

7.2.13. Синтетические моторные масла 234

7.2.13.1. Способы получения 240

7.2.13.2. Особенности синтетических масел и их приме-

нение 242

7.3. Трансмиссионные масла 245

7.3.1.

Эксплуатационные требования к качеству трансмисси-

онных масел 245

7.3.2. Основные эксплуатационные свойства 248

7.3.2.1. Смазывающая способность 248

7.3.2.2. Вязкостно-температурные свойства 249

7.3.2.3. Противокоррозионные свойства 252

7.3.2.4. Защитные свойства 252

7.3.2.5. Термоокислительная стабильность 253

7.3.3. Классификация и ассортимент трансмиссионных ма-

сел 254

7.4. Масла для гидромеханических передач автомобилей 262

7.5. Масла для гидравлических систем 270

7.6. Масла технологического назначения 275

7.6.1. Индустриальные масла 275

7.6.2. Компрессорные, вакуумные и трансформаторные

масла 279

7.7. Пластичные смазки 283

7.7.1. Назначение, состав, получение; требования к качеству 283

7.7.2. Основные эксплуатационные свойства и методы их

оценки 288

7.7.3. Классификация пластичных смазок 295

7.7.4. Ассортимент пластичных смазок 300

7.7.4.1. Антифрикционные смазки 300

7.7.4.2. Специализированные (автомобильные) 314

Глава 8

Специальные жидкости

8.1. Охлаждающие жидкости 318

8.1.1. Требования к охлаждающим жидкостям 319

8.1.2. Охлаждающая жидкость - вода 321

8.1.3. Низкозамерзающие охлаждающие жидкости 324

8.2. Жидкости для гидравлических систем автомобилей 330

8.2.1. Тормозные жидкости 331

8.2.1.1. Основные требования 331

8.2.1.2. Ассортимент и эксплуатационные свойства 334

8.2.2.

Амортизаторные

жидкости 338

8.2.3.

Пусковые.жидкости

341

Глава 9

Конструкционно-ремонтные материалы

9.1. Лакокрасочные материалы 342

9.1.1.

Назначение лакокрасочных материалов 342

9.1.2. Требования к лакокрасочным покрытиям 342

9.1.3.

Строение лакокрасочного покрытия и требования к ос-

новным материалам 343

9.1.4. Классификация обозначений лакокрасочных материа-

лов 346

9.1.5. Лакокрасочные материалы, используемые при ремонт-

ном окрашивании 358

9.1.6. Компоненты лакокрасочных материалов 368

9.1.7. Свойства лаков и красок 371

9.1.8. Материалы для сохранения и ухода за лакокрасочными

покрытиями 373

9.2. Пластические материалы 382

9.2.1. Назначение пластмасс 382

9.2.2. Состав пластмасс 384

9.2.3. Классификация пластмасс 386

9.2.4. Свойства пластмасс 387

9.2.5. Термопластические пластмассы 388

9.2.6. Термореактивные пластмассы 390

9.3. Клеящие материалы 392

9.4. Резины, обивочные,

уплотнительные

и изоляционные мате-

риалы 400

9.4.1. Резины 400

9.4.2. Обивочные материалы 408

9.4.3. Уплотнительные материалы

411

9.4.4. Изоляционные материалы 412

Список литературы 415

ПРЕДИСЛОВИЕ

Автомобильный транспорт занимает сегодня позицию одной из

важнейших составляющих транспортных систем большинства госу-

дарств мира. В нашей стране на его долю приходится около 55% обще-

го объема перевозок грузов и примерно 53% - пассажирских перевозок.

По разным оценкам в России эксплуатируется от 27 до 32 млн единиц

автомототехники, среди которых 19-22 млн - это легковые автомоби-

ли. Характерно, что автомобильный транспорт - основной источник

выбросов загрязняющих веществ (87-88% общего объема выбросов от

всех транспортных

средств)

Несовершенство на сегодняшнем этапе отечественной автомобиль-

ной техники, а также низкое качество топлива и смазочных материа-

лов, тяжелые условия эксплуатации автомобилей, недостаточный

уро-

вень сервиса, - все это предопределяет повышенные требования к зна-

ниям будущих и ныне работающих специалистов по эксплуатации авто-

мобильного транспорта в области производства и рационального ис-

пользования автомобильных эксплуатационных материалов, достиже-

ний науки и практики в создании и освоении новых видов топливо-сма-

зочных (ТСМ) и конструкционно-ремонтных материалов, в том числе

газообразных и других перспективных нетрадиционных

топлив,

а так-

же масел

ненефтяиого

происхождения.

Не удивляет поэтому, что в "Концепции развития автомобильной про-

мышленности России", подготовленной двумя министерствами - промыш-

ленности, науки и технологий и экономического развития Российской Фе-

дерации, - среди других

задач,

предстоящих решить отрасли и государству

в период 2001-2010 гг., такие, как обеспечение транспортного комплекса

страны современной отечественной техникой с увеличением парка легко-

вых автомобилей с 22 до

30-33

млн ед., резкое повышение требований по

экологической безопасности со значительным снижением экологической

нагрузки на окружающую среду и сокращением расхода топлива на

30%

Иванов

П.В.

и др. Автомобильное топливо

вчера,

сегодня, завтра: Аналитический об-

зор. - М.: ВНТИЦ,

2001.

С.

4-5.

Сорокин Н.Т. "Концепция

развития

автомобильной

промышленности России" // Авто-

мобильная промышленность, 2002. N° 7. С.

1-2.

Так как автомобильный транспорт потребляет значительную

часть жидкого топлива не снимается с повестки дня и вопрос об эко-

номном расходовании энергетических ресурсов. Энергосбережение

остается на ближайшие

30^50

лет одной из важнейших задач народ-

ного хозяйства. Поэтому, наряду с увеличением выпуска дизельных

автомобилей, проведением работ по совершенствованию техническо-

го уровня выпускаемых бензиновых двигателей, созданию новых бо-

лее экономичных двигателей, важное значение приобретает также

замена дефицитных видов топлива на более дешевые, перевод авто-

мобилей, как уже отмечалось, на газовое топливо, повышение каче-

ства ТСМ и их экономия за счет рационального применения в процес-

се эксплуатации автомобилей.

В связи с повышением роли и значения ТСМ в экономике стра-

ны, когда проблемы их качества и рационального использования

приобрели межотраслевое значение как факторы увеличения на-

дежности, долговечности и экономичности работы техники, возрас-

тает роль научных основ применения ТСМ. Эту задачу решает при-

кладная отрасль науки - "химмотология" от слов "химия", "мотор" и

"логия"

(наука). По одному из наиболее полных определений, хим-

мотология - это направление науки и техники, занимающееся изуче-

нием эксплуатационных свойств и качеств топлив, масел, смазок и

специальных жидкостей, теорией и практикой их рационального

применения в технике.

Химмотологию сегодня рассматривают как составную часть еди-

ной взаимосвязанной

четырехзвенной

системы: конструирование и

изготовление техники - разработка и производство ТСМ - эксплуата-

ция техники - химмотология. С учетом эксплуатационных условий

применения ТСМ на автомобильном транспорте эта система (двига-

тель - топливо - смазочное масло - эксплуатация) может быть охара-

ктеризована следующей сложной взаимосвязью между ее звеньями

(см. рисунок на переплете).

Настоящий учебник рассчитан на получение студентами знаний

по рациональному применению в эксплуатации автомобильного

транспорта топлив, масел, смазок, технических жидкостей и неметал-

лических материалов в процессе изучения последовательно изложен-

ных в учебнике данных по производству ТСМ, их ассортименту, свой-

ствам и качествам, влияющим на надежность и экономичность рабо-

ты двигателей и агрегатов автомобилей, перспективам внедрения не-

традиционных топлив и масел на ненефтяной основе. Материал в

учебнике изложен с учетом знания студентами таких дисциплин, как

химия, устройство автомобилей, двигатели внутреннего сгорания,

техническая эксплуатация автомобилей, сервис на автомобильном

транспорте.

Глава 1

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ

ТОПЛИВ И СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1. ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА НЕФТЕИ

НА СВОЙСТВА ПОЛУЧАЕМЫХ ТОПЛИВ И МАСЕЛ

Основным исходным продуктом для получения топлив и сма-

зочных материалов для двигателей внутреннего сгорания являет-

ся нефть.

Природная нефть представляет собой раствор углеводородов

различного состава и строения. На вид - это маслянистая жид-

кость, обычно темноокрашенная - от темно-бурого, почти чер-

ного, до буро-коричневого или буро-зеленого цвета.

Физико-химические свойства нефти зависят от ее месторож-

дения. Плотность большинства нефтей находится в диапазоне

770-840 кг/м

, плотность более тяжелых нефтей достигает

1040

кг/м

Теплота сгорания нефти

43000-45500

кДж/кг.

Нефть как сырье для производства топлив и масел обла-

дает рядом неоспоримых достоинств: прежде всего по кало-

рийности

кг нефти при сгорании выделяет столько же теп-

ла, сколько 1,3 кг антрацита или 3 кг бурого угля), способу

добычи (себестоимость добычи нефти в 6 раз ниже, чем уг-

ля), а удобство ее транспортирования и использования созда-

ет дополнительные преимущества перед другими видами

сырья.

Различают элементный и групповой составы нефти.

Элементный состав нефти. Основную часть нефти и нефте-

продуктов составляют углерод

(83-87%

(масс.)),

водород

(11-

14%

(масс.)),

сера

(3-4%

(масс.)),

остальное - азот, кислород.

В нефти обнаружено в незначительных количествах большинст-

во известных химических элементов.

Групповой состав нефти. Нефть, будучи сложной по химиче-

скому составу и структуре жидкостью, состоит в основном из уг-

леводородов, подразделяемых на следующие группы (ряды): па-

рафиновые

(алканы),

нафтеновые

(цикланы),

ароматические

(арены). Присутствие углеводородов тех или иных групп, соотно-

шение которых зависит от месторождений нефти, по-разному

влияет на свойства получаемых топлив и масел.

Плотность, вязкость, температура плавления и кипения угле-

водородов увеличиваются с ростом их молекулярной массы, ко-

торая, как и структура молекул, определяет свойства углеводо-

родов в каждой группе.

В обычных условиях углеводороды, содержащие от 1 до

4 атомов углерода, являются газами. В состав бензина и дизель-

ного топлива входят жидкие углеводороды (от 5 до 20 атомов уг-

лерода). Моторные масла содержат углеводороды с числом ато-

мов углерода в молекуле от 20 до 70.

Поскольку свойства нефтепродуктов зависят от типа и строения

содержащихся в них углеводородов, ниже изложены краткие сведе-

ния о строении и свойствах соединений, входящих в состав

нефтей,

также рассмотрено их влияние на свойства топлив и масел.

Алкановые

углеводороды (парафины) - газообразные, жид-

кие или твердые вещества представляют собой сочетание угле-

родных и водородных атомов в виде незамкнутой цепочки. Их

общая эмпирическая формула такова:

2п+2

Газообразные соединения, входящие в состав попутных и

природных газов (метан, этан, пропан, бутан, изобутан), содер-

жат от 1 до 4 атомов углерода. Они обладают высокой детонаци-

онной стойкостью. Октановые числа их по моторному методу

или близки к 100 или выше. Соединения, содержащие от 5 до 15

атомов углерода, - жидкие вещества, а начиная с гексадекана

(С,

- твердые вещества. При обычной температуре они мо-

гут находиться в растворенном или кристаллическом состоянии в

нефти и высококипящих фракциях.

Содержание

алканов

в нефтях зависит от месторождения: без

растворенных газов оно составляет 25-30%

(об.);

с учетом нахо-

дящихся в растворенном состоянии углеводородов -

40-50%.

Иногда содержание алканов достигает

50-70%,

однако некото-

рые нефти содержат всего

10-15%

алканов.

Цепочка алканов может быть прямой (такие

алканы

называ-

ют нормальными - н) и разветвленной (изомерные алканы).

Разветвление цепочки возможно от бутана и выше:

СН

- н - бутан,

СН

- СН -

СН

- изобутан

СН

С увеличением молекулярной массы, температуры кипения,

плотность, вязкость парафиновых углеводородов повышаются.

Изопарафины

обычно имеют более низкие температуры кипе-

ния и плавления. Они устойчивы к действию кислорода при вы-

соких температурах, в то время как

н-парафины

легко окисляют-

ся при повышенных температурах. Многие парафиновые углево-

дороды имеют высокие температуры застывания. При нормаль-

ных температуре и давлении они слабо взаимодействуют с кисло-

родом и другими веществами, отличаясь способностью только к

реакциям замещения. Их вязкость небольшая, с изменением тем-

пературы меняется в меньшей степени, чем у других классов уг-

леводородов.

Из всех классов углеводородов

алкановые

имеют наиболее

высокую теплоту сгорания. Их присутствие в нефтепродуктах

не вызывает вредного влияния на резиновые изделия. В целом

топлива и смазочные материалы, содержащие большое коли-

чество

алкановых

углеводородов, отличаются высокой ста-

бильностью. При получении высококачественных автомо-

бильных бензинов желательно присутствие изопарафинов

(н-парафины снижают детонационную стойкость бензинов). В

то же время легкоокисляющиеся н-парафины, уменьшая вре-

мя с момента подачи топлива до его воспламенения, способст-

вуют более плавному нарастанию давления и лучшей работе

двигателя. Поэтому их содержание в более тяжелых дизель-

ных топливах предпочтительно (однако в зимних сортах со-

держание их ограничивают, так как они влияют на низкотем-

пературные свойства).

Моторные масла, содержащие парафиновые углеводоро-

ды, имеют высокие температуры застывания, их применение в

холодное время затруднено. Поэтому для обеспечения текуче-

сти при относительно низкой температуре масла подвергают

депарафинизации,

т.е. из них должны быть частично удалены

алкановые углеводороды, имеющие высокую температуру

плавления.

Нафтеновые углеводороды

(цикланы)

представляют собой

циклические насыщенные углеводороды, в которых смежные уг-

леродные атомы, соединяясь друг с другом одной валентной свя-

зью, образуют замкнутую (циклическую) структуру.

В нефти и нефтепродуктах содержатся главным образом мо-

ноциклические пяти- и

шестичленные

представители нафтеново-

го ряда (их иногда называют

циклопарафинами)

и их производ-

ные с общей формулой

СрН^.

В топливах присутствуют моноциклические нафтеновые уг-

леводороды, молекулы которых содержат по одному кольцу с

пятью или шестью атомами углерода, это

циклопентан

СН

Кроме того, нафтеновые углеводороды могут иметь вид колец с

присоединенными боковыми цепями, образующими гомологиче-

ские ряды моно-, би- или

полицикланов.

Например, этилциклоге-

ксан имеет следующее строение:

СН

X^N

СН

Большинство нефтей характеризуется наличием большой

массы нафтеновых углеводородов: в продуктах со средними

температурами выкипания их содержится

60-70%

и более, в

масляных фракциях - 70% и более. Циклическое строение

предопределяет высокую химическую прочность углеводоро-

дов этого ряда. Низкие температуры плавления нафтеновых

углеводородов обусловливают хорошие низкотемпературные

свойства нефтепродуктов.

Нафтеновые углеводороды обладают меньшей теплотой сго-

рания по сравнению с парафиновыми углеводородами, но более

высокой детонационной стойкостью, являются желательными

компонентами в топливах для карбюраторных двигателей и зим-

них сортов дизельных топлив.

В масляных фракциях эти углеводороды, с одной стороны,

увеличивают вязкость и улучшают маслянистость, а с другой сто-

роны, улучшают вязкостно-температурные свойства из-за нали-

чия в них нафтеновых углеводородов с длинными боковыми це-

пями.

Ароматические углеводороды (арены). К ним относят угле-

водороды, молекулы которых содержат бензольные кольца с

тремя одинарными связями, чередующимися с двойными:

СН

НС

СН

бензол

Ароматические углеводороды входят в состав нефтей в мень-

шем количестве, чем парафиновые и нафтеновые. Их общее

содержание в различных нефтях составляет в среднем 5-

20%

(масс.).

Этот класс углеводородов представлен в нефтях бензолом и

его гомологами, а также производными би- и полициклических

соединений. Легкие нефтепродукты (бензины) включают моно-

циклические углеводороды (общая формула

2п

_б),

состоящие

из бензольного кольца с одной или несколькими боковыми пара-

финовыми цепями.

СН

толуол (метил - бензол)

ксилол

(диметил

- бензол)

Соединение двух бензольных колец дает гомологический ряд

нафталина (общая формула

2п

а трех колец - антрацена

(общая формула

2п

)

сн сн

С-СН

сн

нафталин

а - метилнафталин

СН СН

СН

антрацен

Арены из-за высокой термической устойчивости являются

желательными составляющими в топливах для карбюраторных

двигателей, так как у них самые высокие октановые числа из

всех групп углеводородов. Учитывая их высокую нагарообразу-

ющую способность, присутствие в бензинах ароматических угле-

водородов допускается до определенного предела -

40-45%.

дизельных топливах вследствие высокой термической стабиль-

ности ароматических углеводородов их присутствие является не-

желательным. Ароматические углеводороды по сравнению со

всеми другими группами углеводородов являются наиболее аг-

рессивными по отношению к резиновым изделиям и имеют са-

мую низкую теплоту сгорания.

Непредельные углеводороды. Непредельные соединения (ал-

кены

ди- три- и полиены,

алкины)

в сырой нефти и природных

газах отсутствуют. Они образуются в процессах переработки

нефти. Непредельные соединения являются важнейшим сырьем

для нефтехимического и основного органического синтеза.

Чаще всего в нефтепродуктах присутствуют

олефиновые

уг-

леводороды -

алкены

(С„Н

2п

)

с одной двойной связью, например:

Н Н

I I

Н Н Н Н

этилен

(С

Н4)

С = С , бутен

(С

)

Н - С- С = С- С- Н и др.

Н Н Н Н

Распространены также и

диолефиновые

углеводороды, име-

ющие две двойные связи

(С„Н

2п

Для непредельных углеводородов характерны реакции при-

соединения. Они также склонны к реакциям конденсации и поли-

меризации.

В эксплуатационных условиях низкая химическая стойкость

олефинов

играет отрицательную роль, так как понижается ста-

бильность нефтепродуктов. Так, бензины термического крекин-

га из-за окисления их олефиновой составной части осмоляются

при хранении, загрязняют жиклеры карбюраторов, впускной

трубопровод.

Поэтому непредельные углеводороды нежелательны во всех

нефтепродуктах, их удаляют путем очистки.

Сернистые соединения. В настоящее время нефть, как пра-

вило, является сернистой или высокосернистой. Переработка та-

ких нефтей и использование нефтепродуктов в качестве топлив

требуют дополнительных затрат. Так, увеличение содержания

серы в бензине от 0,033 до

0,15%

(масс.) снижает мощность дви-

гателя на 10,5%, увеличивает расход топлива на 12%, приводит к

увеличению количества капитальных ремонтов двигателей в

2 раза. Кроме эксплуатационных убытков, использование серни-

стых топлив наносит большой вред окружающей среде, так как

выделяющиеся при их сгорании в двигателях окислы серы вред-

ны для человека и губительно действуют на растения. Сернистые

соединения нефти по ее фракциям распределены неравномерно.

С повышением температуры перегонки содержание сернистых

соединений увеличивается. В тяжелых нефтяных остатках, осо-

бенно в

асфальтосмолистой

части, содержится

70-90%

(масс.)

сернистых соединений.

Сернистые соединения делят на активные и неактивные.

К активным относят соединения, способные корродировать ме-

таллы при нормальных условиях - элементарная сера S, серово-

дород

и меркаптаны RSH (R - углеводородный радикал, на-

пример

- этилмеркаптан.)

Находящаяся в растворенном или во взвешенном состоянии

элементарная сера способна вызывать сильную коррозию метал-

лов даже на холоде, и поэтому она относится к коррозионно-ак-

тивным

агентам.

К группе

коррозионко-активных

сернистых соединений отно-

сят сероводород, который в присутствии воды обладает свойства-

ми слабой кислоты и способен замещать свой водород на металл.

В меркаптанах RSH по сравнению с сероводородом один атом

водорода замещен на одновалентный углеводородный радикал,

что, однако, не устраняет у них кислых свойств. Меркаптаны, кор-

родирующие металлы при обычных условиях, также относят к

коррозионно-активным

сернистым соединениям. Обменивая водо-

род, находящийся при атоме серы, на металл, они образуют мер-

каптиды

RSM, где М - одновалентный металл, что и объясняет их

агрессивность. В соответствии со стандартом присутствие актив-

ных сернистых соединений в нефтепродуктах не допускается.

Если при нормальных условиях металлы, контактирующие с

неактивными сернистыми соединениями, не корродируют, то

при полном сгорании топлива в двигателе соединения серы обра-

зуют сернистый и серный ангидриды, способные вызывать кор-

розию и дающие в соединении с водой еще более активные кор-

розионные агенты - сернистую и серную кислоты.

Неактивные сернистые соединения состоят из сульфидов

(R-S-R)

до

76-80%,

дисульфидов (R-S-S-R) и полисульфидов

(R-S

-R).

В малосернистых нефтях содержание сернистых соединений

колеблется от

0,1

до 0,5%, а в сернистых до 4% и более. После пе-

регонки сернистых нефтей в бензиновых фракциях содержится

0,1% серы, в керосиновых доходит до 1,0%, а в соляровых - до

0,2-0,5%.

Кислородные соединения. Кислородсодержащие соединения

в нефтях редко составляют больше 10%

(масс.).

Эти компоненты

нефти представлены кислотами, фенолами, кетонами, эфирами

и др. Основная их часть сосредоточена в высококипящих фрак-

циях, начиная с керосиновой.

Органические кислоты - простейшие кислородные соедине-

ния

(R-COOH,

где R - углеводородный радикал, а СООН - карбо-

ксильная группа) присутствуют в любой нефти, во всех топливах

и смазочных материалах. Больше всего в нефтях и нефтепроду-

ктах нафтеновых кислот

(С

2п

_,СООН),

представляющих собой

высококипящие (выше 200

°С)

маслянистые жидкости, сильно

корродирующие некоторые цветные металлы (свинец, цинк и

др.), образуя соли этих металлов. В воде эти кислоты не раство-

ряются, но хорошо растворяются в нефти, нефтепродуктах и

других органических растворителях.

Смолисто-асфальтовые вещества (смолы,

асфальтены

др.) не относятся к определенному классу органических соедине-

ний. Они представляют собой сложную смесь

высокомолекуляр-

<а

Прямая

перегонка

Вакуумная

перегонка

ДистиллятыДистилляты

Бензиновый

Керосиновый

Газойль

Соляровый

Мазут

Соляровый

• Масляный

Полугудрон,

гудрон

—

^-/Автомобиль

Рифор -

минг

\ные

бензины/

Ч.

топлива

)

дизельные^Л

топлива

КотельныеЛ

топлива

}

Масла для

Х^Л

двигателей у

;

/^Трансмисси

"\онные

масла/

*•

лзоме -

ризация

Термичес

кий —

крекинг

Коксо -

ванне

Катали -

тический

— —

Гидро

крекинг

Сухой газ

метан

Пропа

бутан с:

женш

н -

ки

1Й

Газовый

бензин

{

С1

>х

&в

Высокооктановые

разделения

компоненты

Рис. 1.1. Принципиальная схема

переработки

нефти

ных

соединений гибридной

структуры,

включающую в состав

молекул азот, серу,

кислород,

а также некоторые металлы. Их

содержание в нефтях колеблется от десятых долей процента до

десятков процентов.

В зависимости от растворимости компонентов смолисто-ас-

фальтовых веществ в

различных

растворителях их принято де-

лить на следующие фракции:

карбоиды

вещества,

практически

нерастворимые ни в чем,

карбены

- вещества, растворимые в се-

роуглероде, но не растворимые в бензоле; асфальтены - вещест-

ва, растворимые в бензоле, хлороформе, но не растворимые в

предельных углеводородах

-С

;

мальтены

- вещества, раство-

римые

низкокипящих

насыщенных

углеводородах

-C

Маль-

тены представляют собой смесь смол и масел.

По внешнему виду смолы желто-коричневого цвета.

Смолисто-асфальтовые вещества содержатся в нефти и в

продуктах ее переработки, особенно их много в мазуте. В бензи-

новых фракциях прямой перегонки смолы отсутствуют и появля-

ются начиная с керосиновых фракций.

Смолы оказывают вредное воздействие и на двигатели внут-

реннего сгорания: отлагаясь на деталях двигателя, способствуя

нагарообразованию в камере сгорания; поршневые кольца ста-

новятся неподвижными из-за смол отлагающихся в поршневых

канавках и др. Поэтому нефтепродукты подвергают очистке от

смолисто-асфальтовых соединений.

Азотистые соединения. Содержатся в нефти, по сравнению

с кислородными и сернистыми соединениями в значительно

меньших количествах

(0,5-1,5%)

и поэтому не оказывают замет-

ного влияния на свойства топлив и смазочных материалов. Они

неравномерно распределены по фракциям нефти и в большинст-

ве случаев больше половины их содержится в смолисто-асфаль-

товой части. Бензиновые фракции практически не содержат азо-

та. Некоторая часть азотистых оснований сосредоточена в ди-

зельной и широкой газойлевой фракциях.

Нефтяная промышленность развивалась как по пути увели-

чения добычи нефти, так и по пути совершенствования методов

ее переработки. Среди них - прямая перегонка, термический и

каталитический крекинг, гидрокрекинг, а также риформинг

(рис.

1.1).

1.2. ПОЛУЧЕНИЕ ТОПЛИВ ПРЯМОЙ ПЕРЕГОНКОЙ

Прямая перегонка ~ это первичный этап переработки нефти.

Она представляет собой разделение содержащихся в нефти угле-

водородных фракций, имеющих разную температуру кипения,

путем постепенного или однократного нагревания на нефтепере-

гонных установках (рис. 1.2). Проходя через ряд теплообменни-

ков, нефть подогревается до 160 ... 180

°С,

очищается от грязи,

воды и поступает в испаритель, где из нее испаряются вначале са-

мые легкие углеводороды. Затем, проходя через трубчатую

печь, нефть нагревается до 330 ... 350

°С

и попадает в ректифика-

ционную колонну, высота которой достигает 15 ... 30 м (рис. 1.3).

Смесь нефтяных паров и неиспарившейся части, поднимаясь

вверх, охлаждается и постепенно конденсируется на металличе-

ских тарелках (рис. 1.4), образуя дистиллят. Дистиллятом назы-

вают фракцию, отогнанную в определенных температурных ин-

тервалах, которая при охлаждении превращается в жидкость.

Различные углеводороды проходят отгонку в строго определен-

ных температурных режимах и конденсируются на соответству-

ющих тарелках: внизу колонны - мазут, в средней части - бензи-

новые,

керосино-легроиновые

газойле-соляровые.

Газ

13VT

Газойль

•

Соляровый

Веретенный

Машинный

Цилиндровый

Рис. 1.2. Комплексная

атмосферно-вакуумная

установка переработки нефти

/ - трубчатая печь; 2 и 5 - ректификационные колонны; 3 - холодильники; 4 - кон-

денсатор-газоотделитель;

6 - теплообменник; 7 - насос; 8 - испарительная колонна

Рис. 1.3. Схема ректификационной колонны

/ - приспособление для введения водяного пара; 2 - тру-

ба (ввод паров нефти и неиспарившейся части ее); 3 - при-

способление для ввода орошения; 4 - труба для отвода наи-

более легкокипящих фракций с испарившимся оросителем;

5 - металлические тарелки

Рис. 1.4. Схема устройства колпачковой ректифика-

ционной колонны

/ - металлические тарелки; 2 - отверстия в тарелках;

3 - колпачки; 4 -

сливная

трубка