Основные свойства, виды и технология получения нефтяных масляных продуктов

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Присадки к маслам

Антиокислительные.

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.

Определяют стойкость масла к потере его свойств -- старению. Для замедления этого процесса вводят антиокислительные присадки. Они защищают основу масла от действия кислорода воздуха, препятствуя процессу окисления.

Условия работы масла в двигателе настолько жестки, что полностью предотвратить его окисление пока не представляется возможным. После выработки антиокислительных присадок начинается рост вязкости масла, коррозионной активности, склонности к образованию отложений.

Моюще-диспергирующие.

Моющие свойства характеризуют способность масла очищать детали двигателя от различных лакообразных отложений, нагара и т. д. Эти свойства обеспечивают введением моющих присадок, содержащих поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые “отрывают” частички отложений от деталей и переносят их в масло.

Диспергирующие свойства (от лат. dispersio -- рассеяние) удерживают нерастворимые в масле вещества (частицы нагара, продукты неполного сгорания топлива и т. д.) во взвешенном состоянии и не дают им выпасть в осадок. Для придания маслу этих свойств в него вводят присадки-дисперсанты, создающие оболочку вокруг частиц загрязнений. Она не позволяет им прилипать к поверхностям двигателя и слипаться друг с другом.

Присадки, улучшающие смазочные свойства: противоизносные и противозадирные.

Противоизносные.

Образуют на смазываемых поверхностях пленку, предотвращающую непосредственное соприкосновение металлических поверхностей.

Противоизносные свойства моторного масла определяются его способностью предотвращать механический износ деталей двигателя и коррозионный износ цилиндров, поршней, их колец.

Механическому износу подвержены пары трения -- сопряженные детали, двигающиеся относительно друг друга. При небольшой скорости перемещения и больших нагрузках масло не полностью разделяет детали, и они контактируют друг с другом. Во время перемещения выступы микрорельефа поверхности сталкиваются, что приводит к их разрушению. Оно может проявляться в виде “обламывания” выступов или образования “борозды” в металле -- задире. Для предотвращения разрушения микрорельефа в моторное масло вводят противоизносные присадки. Они химически преобразуют поверхность металла, образуя на ней тонкую пленку, по которой и происходит скольжение.

Коррозионный износ поршней, цилиндров и их колец возникает из-за воздействия кислот, образующихся при окислении масла и сгорании топлива. Для их нейтрализации в масло вводят щелочные присадки.

Противозадирные.

Снижение интенсивности поверхностного разрушения при повреждаемости металлов схватывнием (задир).

Образуют вместе со смазываемыми металлическими поверхностями химическую пленку, которая эффективно предотвращает задиры. Противоизносные и противозадирные присадки снижают трение и износ.

Депрессорные.

Снижение температуры застывания масел и обеспечение их текучести при низких температурах. Механизм действия депрессорных присадок определяется их способностью адсорбироваться на возникающих из раствора кристаллах парафина и препятствовать образованию плотной кристаллической решетки. Вследствие этого дальнейший рост кристаллов парафина затрудняется, уменьшается их способность к агрегации и образованию отложений.

Вязкостные (загущающие).

Полимерные загущающие присадки вместе с модификаторами трения позволяют создавать энергосберегающие масла на маловязких основах, обеспечивающие экономию топлива. В зависимости от класса масла и режима эксплуатации автомобиля экономия топлива может составлять от 1,5-2 до 5,5-6%.

Модификаторы трения используют двух типов -- твердые и жидкие. Первые представляют собой твердые смазывающие вещества, тонко диспергированные в масле. За счет сцепления они связываются с поверхностями трения и уменьшают его величину при граничном режиме смазки. Жидкие модификаторы трения -- соединения, обладающие высокой адсорбцией к металлу и образующие на его поверхности “мягкий ворс”, снижающий силы трения.

2. Основные физико-химические свойства масел

Вязкость.

Вязкость -- это внутреннее трение или сопротивление течению жидкости. Вязкость масла является показателем его смазывающих свойств, так как от вязкости масла зависит качество смазывания, распределение масла на поверхностях трения и, тем самым, износ деталей. От вязкости зависят потери мощности при работе двигателя и других агрегатов. Чем выше вязкость, тем толще масляная пленка и надежнее смазывание, но тем больше потери мощности на преодоление жидкостного трения. Вязкость -- основная характеристика масла, по величине которой частично делается выбор масла для применения в конкретном случае.

Индекс вязкости.

Индекс вязкости - это относительная величина, показывающая степень изменения вязкости масла в зависимости от изменения температуры. Индекс вязкости определяется по системе Дина и Дэвиса, суть которой состоит в том, что исследование проводится на двух образцах масла, которые принимаются за эталон, имееющие показатели кривой кинематической вязкости, причем у одного из них показатели кривой более пологие, а у другого показатели кривой имеют крутой наклон. Значение масла с пологой характеристикой принимают за 100,а у второго за 0.В процессе исследования изменяют температуру масла и на определенных этапах фиксируют показания вязкости. Далее проводится сравнение показаний при различных температурах, и впоследствии проводятся вычисления по специальным формулам. В результате вычислений определяют значение,которому соответствует индекс вязкости. Чем индекс вязкости больше, тем менее зависима вязкость масла от температуры.

Температура застывания.

Температура застывания - такая температура, при которой нефтепродукт в строго стандартных условиях испытания теряет свою подвижность. Потеря подвижности нефтепродуктов может быть вызвана либо выделением твердых парафиновых углеводородов, либо повышением их вязкости при низких температурах. Температура застывания нефтепродуктов имеет большое значение, как для транспортировки, так и для их применения.

Температура вспышки.

Температура вспышки - это минимальная температура, при которой пары нефтепродукта образуют с воздухом смесь, способную к кратковременному образованию пламени при внесении в нее внешнего источника воспламенения. Температура вспышки характеризует испаряемость масла: чем ниже температура вспышки, тем больше его испаряемость. При испарении масла ухудшается его состав, растет вязкость, уменьшается объем и образуются вредные и взрывоопасные газы.

Коксуемость - характеристика остаточных масел, достаточно четко характеризующая качество масла с точки зрения нагаро- и лакообразования в процессе эксплуатации товарного (моторного) масла на этой основе. Значение коксуемости зависит от глубины и качества процессов деасфальтизации и селективной очистки при производстве масла.

Цвет. При введении в масло присадок цвет масла может меняться от светло-желтого до черного с промежуточными оттенками. Поэтому в технических условиях или ГОСТах принято указывать цвет базового масла до введения в него присадки. Необходимость отражения этого показателя обусловлена тем, что на месте производства однотонность цвета базового масла может служить признаком однородности различных партий масла. По цвету также можно судить о степени очистки базового масла. Хорошо очищенные масла имеют светло-желтые тона, а плохо или совершенно неочищенные масла, например осевые или трансмиссионные автотракторные (нигролы), имеют темный (черный) цвет.

3. Эксплуатационные свойства моторных масел

Вязкостно-температурные свойства - одна из важнейших характеристик моторного масла. От этих свойств зависит диапазон температуры окружающей среды, в котором данное масло обеспечивает пуск двигателя без предварительного подогрева, беспрепятственное прокачивание масла насосом по смазочной системе, надежное смазывание и охлаждение деталей двигателя при наибольших допустимых нагрузках и температуре окружающей среды. Даже в умеренных климатических условиях диапазон изменения температуры масла от холодного пуска зимой до максимального прогрева в подшипниках коленчатого вала или в зоне поршневых колец составляет до 180-190С. Вязкость минеральных масел в интервале температур от -30 до +15С изменяется в тысячи раз. Летние масла, имеющие достаточную вязкость при высокой температуре, обеспечивают пуск двигателя при температуре окружающей среды около 0С. Зимние масла, обеспечивающие холодный пуск при отрицательных температурах, имеют недостаточную вязкость при высокой температуре. Таким образом, сезонные масла независимо от их наработки (пробега автомобиля) необходимо менять дважды в год. Это усложняет и удорожает эксплуатацию двигателей. Проблема решена созданием всесезонных масел, загущенных полимерными присадками.

Противоизносные свойства.

Свойства моторного масла направленные на предотвращение механического износа деталей двигателя и коррозионного износа цилиндров, поршней, колец.

Механическому износу подвержены пары трения -- сопряженные детали, двигающиеся относительно друг друга. При небольшой скорости перемещения и больших нагрузках масло не полностью разделяет детали, и они контактируют друг с другом - сухое трение приводит к разрушению. Для предотвращения износа и разрушения деталей в моторное масло вводят противоизносные присадки. Они образуют на поверхности деталей тонкую пленку, по которой и происходит скольжение. Коррозионный износ поршней, цилиндров и их колец возникает из-за воздействия кислот, образующихся при окислении масла и сгорании топлива. Для их нейтрализации в масло вводят щелочные присадки.

Антиокислительные свойства в значительной степени определяют стойкость масла к старению. Условия работы моторных масел в двигателях настолько жестки, что предотвратить их окисление полностью практически не возможно.

Окисление масла приводит к росту его вязкости и коррозионности, склонности к образованию отложений, загрязнению масляных фильтров и другим неблагоприятным последствиям (затруднение холодного пуска, ухудшение прокачиваемости масла).

Значительно затормозить процессы окисления масла можно соответствующей очисткой базовых масел от нежелательных соединений, присутствующих в сырье, использованием синтетических базовых компонентов, а также введением эффективных антиокислительных присадок.

Защитные и антикоррозионные свойства обуславливаются их способностью вытеснять воду с поверхности металла, удерживать её в объеме смазочного материала и образовывать на нем прочные адсорбционные и хемосорбционные пленки, препятствующие развитию коррозионных процессов. Базовые нефтяные масла не способны длительно защищать металлы от коррозии. Их защитные свойства улучшают введением небольших количеств ингибиторов коррозии.

4. Классификация масел

По происхождению или исходному сырью различают масла:

- минеральные, или нефтяные, являются основной группой выпускаемых смазочных масел;

- растительные и животные, имеющие органическое происхождение. Растительные масла получают путем переработки семян определенных растений. Наиболее широко в технике применяются касторовое масло.

- животные масла вырабатывают из животных жиров (баранье и говяжье сало, технический рыбий жир, костное и спермацетовые масла и др.).

- синтетические, получаемые из различного исходного сырья многими методами (каталитическая полимеризация жидких или газообразных углеводородов нефтяного и ненефтяного сырья; синтез кремнийорганических соединений - полисиликонов; получение фтороуглеродных масел). Синтетические масла обладают всеми необходимыми свойствами, однако, из-за высокой стоимости их производства применяются только в самых ответственных узлах трения.

По агрегатному состоянию:

- твердые;

- полутвердые;

- жидкие;

- газообразные.

По назначению:

- смазочные (моторные, трансмиссионные);

- не смазочные (электроизоляционные, технологические).

Нефтяные масла по способам получения:

- дистиллятные;

- остаточные;

- компаундированные.

Масла по способам очистки:

- селективной;

- кислотно-контактной;

- адсорбционной;

- гидроочисткой.

5. Групповой химический состав нефти

Наиболее важный показатель качества нефти, определяющий выбор метода переработки, ассортимент и эксплуатационные свойства получаемых нефтепродуктов, - химический состав и его распределение по фракциям. В исходных нефтях содержатся: парафиновые (алканы), нафтеновые (циклоалканы), ароматические (арены).

Парафиновые углеводороды (алканы) СnН2n+2 - составляют значительную часть групповых компонентов нефтей и природных газов всех месторождений. Общее содержание их в нефтях составляет 25-35%. Попутные нефтяные и природные газы практически полностью, а прямогонные бензины чаще всего на 60-70% состоят из алканов. В масляных фракциях их содержание снижается до 5-20%.

Газообразные алканы С1-С4: метан, этан, пропан, бутан и изобутан. Все они входят в состав природных, газоконденсатных и нефтяных попутных газов. Природные газы добывают с газовых месторождений. Они состоят в основном из метана. Этан, пропан и бутаны после разделения служат сырьем для нефтехимии.

Жидкие алканы. Алканы от С5 до С15 в обычных условиях представляют собой жидкости, входящие в состав бензиновых и керасиновых фракций нефтей. Установлено, что жидкие алканы имеют в основном нормальное или слаборазветвленное строение.

Твердые алканы. Алканы от С16 и выше при нормальных условиях - твердые вещества, входящие в состав нефтяных парафинов и церезинов. Присутствуют во всех нефтях, чаще в небольших количествах, в растворенном или взвешенном кристаллическом состоянии.

При перегонки мазута в масляные фракции попадают твердые алканы С18-С35. В гудронах концентрируются более высокоплавкие алканы С36 - С55 - церезины, отличающиеся от парафинов мелкокристаллической структурой, более высокой молекулярной массой (500-700) и температурой плавления (65-88С вместо 45-54 у парафинов).

Парафины и церезины являются нежелательными компонентами в составе масляных фракций нефти, так как повышают температуру застывания. Современная область применения парафинов и церезинов- нефтехимическое сырье для для производства синтетических жирных кислот, спиртов, ПАВ, деэмульгаторов, стиральных порошков и т.д.

Непредельные углеводороды(алкены). Непредельные углеводороды (олефины) с общей формулой СnН2n не присутствуют в природных газах. Все алкены обладают повышенной реакционной способностью в реакциях окисления, алкилирования, полимеризации и др. Присутствие алкенов С5 и выше в нефтепродуктах ухудшает их эксплуатационные свойства. В то же время являются ценным сырьем нефтехимического синтеза в производстве пластмасс, каучуков, моющих средств.

Нафтеновые углеводороды (цикланы). Нафтеновые углеводороды - циклоалканы входят в состав всех фракций нефтей, кроме газов. В среднем в нефтях различных типов они содержатся от 25-80% мас.

Распределение нафтеновых углеводородов по фракциям нефти самое разнообразное. Их содержание обычно растет по мере утяжеления фракций, и только в наиболее высококипящих масляных оно падает.

Нафтеновые углеводороды являются наиболее высококачественной составной частью моторных топлив и смазочных масел. Моноциклические нафтеновые углеводороды придают автобензинам, реактивным и дизельным топливам высокие эксплуатационные свойства. В составе смазочных масел нафтены обеспечивают малое изменение вязкости от температуры.

Ароматические углеводороды (арены). Арены СnН2n-6- содержатся в нефтях в меньшем количестве (10-20%), чем алканы и циклоалканы.

В легких нефтях содержание аренов с повышением температуры кипения фракций снижается. Нефти средней плотности характеризуются равномерным распределением аренов по фракциям. В тяжелых нефтях содержание их резко возрастает с повышением температуры кипения фракций.

Ароматические углеводороды являются ценными компонентами в автобензинах, но нежелательными в реактивных и дизельных топливах. Моноциклические арены с длинными боковыми изопарафиновыми цепями придают смазочным маслам хорошие вязкостно температурные свойства. В этом отношении весьма нежелательны и подлежат удалению из масел полициклические арены без боковых цепей.

Индивидуальные ароматические углеводороды: бензол, толуол, ксилол, этилбензол, изопропилбензол и нафталин - ценное сырье для многих процессов нефтехимического и органического синтеза.

Гетероатомные соединения нефти. Гетероатомные( серо-, азот- и кислородсодержащие) и минеральные соединения, содержащиеся во всех нефтях, являются нежелательными компонентами, так как резко ухудшают качество получаемых нефтепродуктов, осложняют переработку. В распределении их по фракциям наблюдается определенная закономерность: гетероатомные соединения концентрируются в высококипящих фракциях и остатках.

Серосодержащие соединения. О количестве сернистых соединений в нефтях судят по результатам определения общего содержания серы, выраженного в процентах. Такой анализ является косвенным и не дает точного представления о содержании, распределении по фракциям и молекулярной структуре сернистых соединений в нефтях. Ориентировочно можно принять, что количество серосодержащих соединений в нефти в 10…12 раз превышает количество серы, определенной по анализу. Сера является наиболее распространенным гетероэлементом в нефтях и нефтепродуктах. Содержание ее в нефтях колеблется от сотых долей до 5…6% мас., реже до 14% мас.

Распределение серы по фракциям зависит от природы нефти и типа сернистых соединений. Как правило, их содержание увеличивается от низкокипящих к высококипящим и достигает максимума в остатке от вакуумной перегонки нефти - гудроне. В нефтях идентифицированы следующие типы серосодержащих соединений:

1) элементная сера и сероводород - не являются непосредственно серо-органическими соединениями, но появляются в результате деструкции последних;

2) меркаптаны - тиолы, обладающие, как и сероводород, кислотными свойствами и наиболее сильной коррозионной активностью;

3) алифатические сульфиды (тиоэфиры) - нейтральны при низких температурах, но термически малоустойчивы и разлагаются при нагревании свыше 130…160°С с образованием сероводорода и меркаптанов;

4) моно- и полициклические сульфиды - термически наиболее устойчивые.

Элементная сера содержится в растворенном состоянии (до 0,1 %мас.) в нефтях, связанных с известняковыми отложениями. Она обладает сильной коррозионной активностью, особенно к цветным металлам, в частности по отношению к меди и ее сплавам. Сероводород (H2S) обнаруживается в сырых нефтях не так часто и значительно в меньших количествах, чем в природных газах, газоконденсатах и нефтях.

Меркаптаны (тиолы) имеют строение RSH, где R - углеводородный заместитель всех типов (алканов, цикланов, аренов, гибридных) разной

молекулярной массы. Они обладают сильно неприятным запахом. Это свойство их используется в практике газоснабжения городов и сел для предупреждения о неисправности газовой линии. В качестве одоранта бытовых газов используется этилмеркаптан. Элементная сера, сероводород и меркаптаны как весьма агрессивные сернистые соединения являются наиболее нежелательной составной частью нефтей. Их необходимо полностью удалять в процессах очистки всех товарных нефтепродуктов.

Сульфиды (тиоэфиры) составляют основную часть сернистых соединений в топливных фракциях нефти (от 50 до 80 % от общей серы в этих фракциях). Нефтяные сульфиды подразделяют на 2 группы: диалкилсульфиды (тиоалканы) и циклические диалкилсульфиды RSR' (где R и R' - алкильные заместители). Тиалканы содержатся преимущественно в парафинистых нефтях, а циклические - в нафтеновых и нафтеноароматических. Тиоалканы С2-С7 имеют низкие температуры кипения (37…150°С) и при перегонке нефти попадают в бензиновые фракции. С повышением температуры кипения нефтяных фракций количество тиоалканов уменьшается, и во фракциях выше 300°С они практически отсутствуют. В некоторых легких и средних фракциях нефтей в небольших количествах (менее 15% от суммарной серы в этих фракциях) найдены дисульфиды RSSR'. Все серосодержащие соединения нефтей, кроме низкомолекулярных меркаптанов, при низких температурах химически нейтральны и близки по свойствам аренам. Промышленного применения они пока не нашли из-за низкой эффективности методов их выделения из нефтей. В ограниченных количествах выделяют из средних (керосиновых) фракций некоторых нефтей сульфиды для последующего окисления в сульфоны и сульфокислоты. Сернистые соединения нефтей в настоящее время не извлекают, а уничтожают гидрогенизационными процессами. Образующийся при этом сероводород перерабатывают в элементную серу или серную кислоту. В то же время в последние годы во многих странах мира разрабатываются и интенсивно вводятся многотоннажные промышленные процессы по синтезу сернистых соединений, имеющих большую народнохозяйственную ценность.

Азотсодержащие соединения. Во всех нефтях в небольших количествах (менее 1%) содержится азот в виде соединений, обладающих основными или нейтральными свойствами. Большая их часть концентрируется в высококипящих фракциях и остатках перегонки нефти.

Азотистые основания могут быть выделены из нефти обработкой слабой серной кислотой. Их количество составляет в среднем 30…40% от суммы всех азотистых соединений. Азотистые основания нефти представляют собой гетероциклические соединения с атомом азота в одном (реже в двух) из колец, с общим числом колец до трех. В основном они являются гомологами пиридина, хинолина и реже акридина. Нейтральные азотистые соединения составляют большую часть (иногда до 80%) азотсодержащих соединений нефти. Они представлены гомологами пиррола, бензпиррола-индола и карбазола. С повышением температуры кипения нефтяных фракций в них увеличивается содержание нейтральных и уменьшается содержание основных азотистых соединений.

Как основные, так и нейтральные азотистые соединения достаточно термически стабильны и не оказывают заметного влияния на эксплуатационные качества нефтепродуктов. Азотистые основания используются как дезинфицирующие средства, ингибиторы коррозии, как сильные растворители, добавки к смазочным маслам и битумам, антиокислители.

Однако в процессах переработки нефтяного сырья проявляют отрицательные свойства - снижают активность катализаторов, вызывают осмоление и потемнение нефтепродуктов.

Кислородсодержащие соединения. Основная часть кислорода нефтей входит в состав асфальтосмолистых веществ и только около 10% его приходится на долю кислых (нефтяные кислоты и фенолы) и нейтральных (сложные эфиры, кетоны) кислородсодержащих соединений. Они сосредоточены преимущественно в высококипящих фракциях.

Промышленное значение из всех кислородных соединений нефти имеют только нафтеновые кислоты и их соли - нафтенаты, обладающие хорошими моющими свойствами. Поэтому отходы щелочной очистки нефтяных дистиллятов - так называемый мылонафт - используется при изготовлении моющих средств для текстильного производства. Технические нефтяные кислоты (асидол), выделяемые из керосиновых и легких масляных дистиллятов, находят применение в качестве растворителей смол, каучука и анилиновых красителей; для пропитки шпал; для смачивания шерсти; при изготовлении цветных лаков и др. Натриевые и калиевые соли нафтеновых кислот служат в качестве деэмульгаторов при обезвоживании нефти. Нафтенаты кальция и алюминия являются загустителями консистентных смазок, а соли кальция и цинка являются диспергирующими присадками к моторным маслам.

Смолисто-асфальтеновые вещества. (CAB) концентрируются в тяжелых нефтяных остатках (ТНО) - мазутах, полугудронах, гудронах, битумах, крекинг-остатках и др. Суммарное содержание CAB в нефтях в зависимости от их типа и плотности колеблется от долей процентов до 45, а в ТНО - достигает до 70% мас. Наиболее богаты CAB молодые нефти нафтено-ароматического и ароматического типа. CAB представляют собой сложную многокомпонентную исключительно полидисперсную по молекулярной массе смесь высокомолекулярных углеводородов и гетеросоединений, включающих кроме углерода и водорода серу, азот, кислород и металлы, такие как ванадий, никель, железо, молибден и т.д. Выделение индивидуальных CAB из нефтей и ТНО исключительно сложно. Молекулярная структура их до сих пор точно не установлена. Современный уровень знаний и возможности инструментальных физико-химических методов исследований (например, n-d-M-метод, рентгеноструктурные, ЭПР- и ЯМР-спектроскопия, электронная микроскопия, растворимость и т.д.) позволяют лишь дать вероятностное представление о структурной организации, установить количество конденсированных нафтено-ароматических и других характеристик и построить среднестатистические модели гипотетических молекул смол и асфальтенов. В практике исследования состава и строения нефтяных, угле- и коксохимических остатков широко используется сольвентный способ Ричардсона, основанный на различной растворимости групповых компонентов в органических растворителях. По этому признаку различают следующие условные групповые компоненты:

1) растворимые в низкомолекулярных (слабых) растворителях (изооктане, петролейном эфире) - масла и смолы. Смолы извлекают из мальтенов адсорбционной хроматографией (на силикагеле или оксиде алюминия);

2) не растворимые в низкомолекулярных алканах С5-С8, но растворимые в бензоле, толуоле, четыреххлористом углероде - асфальтены;

3) не растворимые в бензине, толуоле и четыреххлористом углероде, но растворимые в сероуглероде и хинолине - карбены;

4) не растворимые ни в каких растворителях - карбоиды.

Смолы - вязкие малоподвижные жидкости или аморфные твердые тела от темно-коричневого до темно-бурого цвета с плотностью около единицы или несколько больше. Они представляют собой плоскоконденсированные системы, содержащие 5…6 колец ароматического, нафтенового и гетероциклического строения, соединенные посредством алифатических структур.

Асфальтены - аморфные, но кристаллоподобной структуры твердые тела темно-бурого или черного цвета с плотностью несколько больше единицы. При нагревании не плавятся, а переходят в пластическое состояние при температуре около 300°С, а при более высокой температуре разлагаются с образованием газообразных и жидких веществ и твердого остатка - кокса. Они в отличие от смол образуют пространственные в большей степени конденсированные кристаллоподобные структуры.

Смолы образуют истинные растворы в маслах и топливных дистиллятах, а асфальтены в ТНО находятся в коллоидном состоянии. Растворителем для асфальтенов в нефтях являются ароматические углеводороды и смолы.

Все CAB отрицательно влияют на качество смазочных масел (ухудшают цвет, увеличивают нагарообразование, понижают смазывающую способность и т.д.) и подлежат удалению. В составе нефтяных битумов они обладают рядом ценных технических свойств и придают им качества, позволяющие широко использовать их. Области их применения дорожные покрытия, гидроизоляционные материалы, в строительстве, производство кровельных изделий, битумно-асфальтеновых лаков, пластиков, пеков, коксов, связующих для брикетирования углей, порошковых ионатов и др.

6. Получение компонентов из исходных масляных фракций

Производство компонентов из исходных масляных фракций - это многоступенчатый процесс. Назначение каждой ступени - полное или частичное удаление соединений отрицательно влияющих на эксплуатационные свойства масел.

Из исходных масляных фракций необходимо удалить:

- парафиновые углеводороды

- кислородсодержащие соединения

- непредельные углеводороды

- частично сернистые соединения

- частично смолистые соединения

- полициклические ароматические углеводороды с короткими боковыми цепями.

Кислородсодержащие соединения следует удалить так как нафтеновые кислоты и производные фенола вызывают коррозию, нагаро- и лакообразование, выпадение осадков.

Непредельные углеводороды отрицательно влияют на стабильность к окислению.

Сернистые соединения ухудшают следующие эксплуатационные свойства:

1) противокоррозионные,

2) противоизносные,

3) стабильность к окислению.

При полном удалении сернистых соединений снижается способность масел защищать металлы от электрохимической коррозии.

Присутствие смолисто-асфальтеновых веществ так же оказывает отрицательное влияние на свойства масел:

- снижает эффективность селективной очистки (требуется увеличение кратности растворителя по отношению к сырью),

- затрудняются адсорбционная и гидроочистка масел,

- понижается приемистость масел к присадкам,

- при окислении и термодеструкции образую лакообразные отложения, нагар и нерастворимые в масле вещества.

Деасфальтизация.

Назначение процесса - удаление из нефтяных остатков смолисто-асфальтеновых веществ и полициклических ароматических углеводородов с повышенной коксуемостью и низким индексом вязкости.

Традиционным сырьем процессов деасфальтизации является остаток вакуумной перегонки нефтей - гудрон.

Целевым продуктом являются деасфальтизаты, используемые для выработки остаточных масел, и побочным - асфальты, служащие сырьем для производства битумов или компонентами котельных топлив.

В качестве деасфальтезирующего растворителя выбирают жидкий пропан. Температура процесса 50-85С, что гарантирует более легкое отделение САВ. Верхний предел температуры ограничен критической температурой сжижения пропана. При температуре близкой к критической уменьшается растворяющая способность пропана и, как следствие, хуже растворяются в нем углеводороды масла, частично осаждаясь вместе со смолами. При понижении температуры до 40С растворяющая способность жидкого пропана растет, и смолы частично растворяются в пропане от чего качество очищенного масла ухудшается.

Селективная очистка.

Селективная очистка -- процесс переработки нефтяного сырья, направленный на улучшение качества масляных фракций. Основан на экстракции сырья избирательным растворителем с последующей отгонкой растворителя из рафинатного и экстрактного растворов. Может осуществляться как для дистиллятного, так и для остаточного сырья. В процессе селективной очистки из исходного сырья извлекаются нежелательные для товарных масел компоненты -- смолисто-асфальтеновые вещества, гетероатомные соединения и полицикличиеские ароматические углеводороды с короткими боковыми цепями. Целевым продуктом процесса является рафинат -- очищенная масляная фракция, состоящая главным образом из парафиновых и нафтеновых углеводородов, а также моноциклической ароматики с длинными боковыми цепями. По сравнению с исходным сырьем, полученный рафинат обладает повышенным индексом вязкости, более высокой температурой застывания и имеет более светлый оттенок цвета. После селективной очистки рафинат направляется на депарафинизацию с целью удаления твёрдых углеводородов. Побочным продуктом процесса является экстракт -- вязкая жидкость темного цвета, содержащая извлеченные из масляной фракции нежелательные компоненты. Экстракт может служить сырьём для различных деструктивных процессов нефтепереработки, а также использован как компонент котельного топлива, пластификатор или мягчитель резины. Наиболее широко применяемые растворители -- фенол, фурфурол.

Фенол.

- высокая растворяющая способность, поэтому можно использовать для очистки вязких и остаточных фракций смолистых парафиновых нефтей.

- селективность ниже, чем у фурфурола

- токсичность;

- довольно высокая растворимость в воде;

- коррозирующее воздействие на аппаратуру.

Фурфурол.

- менее токсичен, чем фенол;

- дает на 12-15% выше выход рафината;

- экономичнее, благодаря низкой температуре кипения и удельной теплоте испарения;

- осмоляется вод воздействием высоких температур и кислорода;

- довольно высокая растворимость в воде.

Депарафинезация рафината.

Назначение - процесс предназначен для получения масел с требуемыми низкотемпературными показателями путем вымораживания из рафинатов наиболее высокоплавких углеводородов из раствора в специально подобранном растворителе.

Подразделяется на обычную и глубокую депарафинизацию. Обычная проводится для получения масел с температурой застывания -10С до -15С; глубокая для получения масел с температурой застывания от -30С и ниже.

В качестве растворителей процесса депарафинизации используют:

· легкий бензин,

· сжиженный пропан,

· дихлорэтан,

· кетоны (ацетон, метилэтилкетон).

Чтобы легко и полно выделить твердые углеводороды из рафината необходимо получить крупные и более правильные кристаллы.

На рост кристаллов влияют:

1. вязкость раствора (высокая вязкость припятствует росту кристаллов),

2. скорость осаждения раствора (при большей скорости осаждения образуется много мелких кристаллов),

3. концентрация твердых углеводородов в растворе (малая концентрация защищает рост кристаллов).

В качестве побочных продуктов получают: гачи из дистиллятного и петролатумы из остаточного сырья, направляемые на обезмасливание с получением соответственно парафинов и церезинов, широко применяемых в различных областях промышленности.

Адсорбционная очистка масел.

Эти процессы предназначены для производства базовых масел различного уровня вязкости, деароматизированных жидких и твердых парафинов и специальных углеводородных жидкостей. Они основаны на избирательном выделении полярных компонентов сырья на поверхности адсорбентов.

В качестве адсорбентов применяются природные продукты (отбеливающие глины, активированные глины, цеолиты) и синтетические (силикагель, алюмогель и алюмосиликаты, активные угли). Наибольшей активностью на алюмоселикатах обладают САВ.

Процесс проводят фильтрацией нагретого продукта или его раствора через неподвижный слой мелкозернистого адсорбента, помещенного в аппарат колонного типа.

7. Групповой химический состав масляных фракций

Масляная основа нефтяных смазочных масел представляет собой сложную смесь высококипящих углеводородов с числом углеродных атомов 20-60, выкипающих в интервале 300-650оС. В этих фракциях содержится: парафиновые углеводороды (алканы нормального и изостроения); нафтеновые углеводороды (цикланы), содержащие пяти и шестичленные кольца с парафиновыми цепями разной длины; ароматические углеводороды (арены моно- и полициклические), гибридные углеводороды, а также смолисто-асфальтеновые вещества и серо-, азот-, и кислородсодержащие гетероорганические соединения.

Содержание парафиновых углеводородов в масляных фракциях снижается до 5-20% мас. При перегонки мазута в масляные фракции попадают твердые алканы С18-С35 с молекулярной массой 250-500. Парафины и церезины являются нежелательными компонентами в составе масляных фракций, поскольку повышают температуры их застывания.

Присутствие алкенов С5 и выше в маслах ухудшает их эксплуатационные свойства (из-за окисляемости и осмоления).

Нафтеновые углеводороды входят в состав всех фракций нефтей. Высококипящие фракции содержат преимущественно полициклические гомологи нафтенов с двумя -четырьмя одинаковыми или разными циклами сочлененного или конденсированного типов строения. Их содержание растет по мере утяжеления фракций, и только в наиболее высококипящих масляных фракциях оно падает. В составе смазочных масел нафтены обеспечивают малое изменение вязкости от температуры.

Ароматические углеводороды. Моноциклические арены с длинными боковыми изопарафиновыми цепями придают смазочным маслам хорошие вязкотемпературные свойства. В этом отношении весьма нежелательны и подлежат удалению из масел полициклические арены без боковых цепей.

Исследования группового химического состава масляных фракций нефтей показали, что они практически полностью состоят из высокомолекулярных гибридных углеводородов.

Все смолисто-асфальтеновые вещества отрицательно влияют на качество смазочных масел: ухудшают цвет, увеличивают нагарообразование, понижают смазывающую способность, поэтому подлежат удалению.

противоизносный полимерный масляной компаундирование

6. Смешение компонентов (компаудирование)

Блоки компаундирования предназначены для приготовления товарных нефтепродуктов в режиме интенсивного перемешивания различных компонентов в диспергаторе для достижения качественных показателей, соответствующих требованиям стандартов.

Блок компаундирования устанавливается на складе нефтепродуктов и производит путем смешивания компонентов и вводом присадок следующие продукты:

· бензин автомобильный по ГОСТ Р 51105-97;

· топливо реактивное по ГОСТ 10227-86;

· дизельное топливо по ГОСТ 305-82;

· другие виды моторных топлив и топливные смеси, выпускаемые по ОСТ, ТУ и т.д.;

· масла моторные по ГОСТ 10541-78 и другие нефтепродукты.

Принцип работы блока компаундирования - одновременное дозирование заданного количества присадок в поток базового компонента. Этим достигается постоянство состава смеси и исключается расслаивание компонентов. Необходимость в промежуточных резервуарах отпадает.

Размещено на Allbest.ru

...