Показатели и методы оценки качества нефтепродуктов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

1. Общая характеристика топлива

2. Сырьё для производства жидкого топлива

2.1 Происхождение нефти и её добыча

2.2 Фракционный, групповой и элементарный состав нефти и продуктов её переработки

3. Технологические методы переработки горюче смазочных материалов

4. Нефтепродукты

4.1 Нефть как товар

4.2 Топливо: виды, марки, основные показатели качества

4.3 Смазочные материалы: классификация, применение, состав, свойства

4.4 Показатели и методы оценки качества нефтепродуктов

5. Хранение огнеопасных веществ материалов

Заключение

Список литературы



Введение

Топливо и смазочные материалы широко используются во всех отраслях народного хозяйства. Одним из основных потребителей нефтепродуктов, вырабатываемых в стране, является сельское хозяйство, оснащенное большим количеством тракторов, автомобилей, комбайнов и других сельскохозяйственных машин.

Основной целью изучения дисциплины «Топливо и смазочные материалы» является овладение знаниями об эксплуатационных свойствах, количестве и рациональном применении в тракторах, автомобилях и сельскохозяйственной технике топлива, масел, смазок и специальных жидкостей.

Следует всегда помнить, что одним из основных видов расходов при работе тракторов и автомобилей являются расходы на горюче-смазочные материалы. Качество применяемых горюче-смазочных материалов должно соответствовать особенностям машин. Неправильно подобранные топливо и смазочные материалы приводят к перерасходу нефтепродуктов, а главное, снижают долговечность, надежность, эффективность работы машин и механизмов, иногда приводят к аварийным поломкам.

История развития человечества теснейшим образом связана с получением и использованием энергии. Уже в древнем мире люди использовали тепловую энергию для обогрева жилища, приготовления пищи, изготовления из меди, железа и других металлов предметов быта, инструментов и т.д.

С древнейших времён известны уголь и нефть - вещества, дающие при сжигании большое количество теплоты. Сейчас формулировка “топливо”

Включают все вещества, которые дают при сжигании большое количество теплоты, широко распространены в природе и добываются промышленным способом. К топливу относятся нефть и нефтепродукты (керосин, бензин, мазут, дизельное топливо) уголь, природный горючий газ, древесина и растительные отходы (солома, лузга и т.п.) торф, горючие сланцы, а в настоящие время и вещества, используемые в ядерных реакторах на АЭС и ракетных двигателях.

Развиваясь, человечество начинает использовать всё новые виды ресурсов ( атомную и геотермальную энергию, солнечную, гидроэнергию приливов и отливов, ветряную и другие нетрадиционные источники). Однако главную роль в обеспечении энергией всех отраслей экономики сегодня играют топливные ресурсы.

Ведущие роли принадлежат здесь трём отраслям - нефтяной , газовой и угольной, причём их суммарный вес неуклонно растёт (в последнее время в основном за счёт доли газа).

Целью данной курсовой работы является исследование сущности топлива, рассмотрение нефти, как важнейшего сырья для производства горючих и смазочных материалов. Также я исследую происхождение нефти, состав и качество важнейших видов топлива, технологию производства и ассортимент.



1. Общая характеристика топлива

Топливо - это горючие вещества, применяемые для получения при их сжигании тепловой энергии. Их основная составная часть - углерод.

Классификацию топлива можно провести, например, по его агрегатному состоянию: твердое (уголь, торф, древесина, сланцы), жидкое (нефть и нефтепродукты) и газообразное (природный газ). Также можно разделить виды топлива и по его происхождению: растительное, минеральное и продукты промышленной переработки. Свойства топлива зависят главным образом от его химического состава. Основным элементом любого топлива природного происхождения является углерод (его содержание составляет от 30 до 85% массы). В состав топлива также входят Н, О, N, S, зола, вода. Практическая ценность топлива определяется количеством теплоты, выделяющейся при его полном сгорании. Так, при сжигании 1 кг древесины выделяется теплота, равная 10,2 МДж, каменного угля - 22 МДж, бензина - 44 МДж. Эта величина прямо зависит от содержания в топливе углерода и водорода и обратно - от содержания кислорода и азота.

Другая важнейшая характеристика топлива - его жаропроизводительность, оцениваемая значением максимальной температуры, какую теоретически можно получить при полном сгорании топлива в воздухе. При сгорании дров, например, максимальная температура не превышает 1600 °С, каменного угля - 2050 °С, бензина - 2100 °С. Доля топлива в общей структуре энергоресурсов, потребляемых человечеством, преобладает примерно с начала нашей эры. До 1970-х гг. на первом месте был уголь, сейчас это положение заняла нефть. По видимому, в обозримом будущем ведущая роль останется за природным топливом. Для сопоставления запасов различных видов топлива и уровня его использования применяют так называемое условное топливо, удельная теплота сгорания которого равна 7000 ккал/кг (29,3 МДж/кг).

По существу, все добываемое топливо сжигается, лишь около 10% нефти и газа перерабатываются химической промышленностью. Наибольшее количество топлива расходуется на тепловых электростанциях (ТЭС), в различного рода тепловых двигателях, на технологические нужды (например, при выплавке металла, для нагрева заготовок в кузнечных и прокатных цехах), а также на отопление жилых, общественных и производственных помещений.

Основной недостаток природного топлива - его крайне медленная восполняемость. Существующие ныне запасы были образованы десятки и сотни миллионов лет назад. В то же время добыча топлива непрерывно увеличивается, что в будущем может привести к серьезному глобальному энергетическому кризису. С 1970-х гг. в мире произошел переход к другим принципам потребления ресурсов вообще и топлива в частности. Человечество должно переориентироваться на другие энергоресурсы, прежде всего на огромные гидроресурсы Земли.

Все процессы добычи, переработки и транспортировки топлива охватывает топливная промышленность, которая является составной частью топливно-энергетического комплекса (ТЭК). Все отрасли ТЭК взаимосвязаны. Чтобы учитывать пропорции в добыче различных видов топлива, его распределении и использовании в стране, применяют топливные балансы - таблицы, выражающие соотношение добычи различных видов топлива и их использования в хозяйстве. Топливные балансы составляются, как правило, на основе единицы условного топлива. В топливном балансе СССР до 1990 г. лидировала нефть.



2. Сырье для производства жидкого топлива

2.1 Происхождение нефти и ее добыча

Нефть была и остается основным сырьем для получения современных топлив. Существует три гипотезы происхождения нефти. Наиболее современной и распространенной является гипотеза органического (биогенного) происхождения, согласно которой нефть образовалась из останков растений и животных, накопившихся в осадочных породах морей и океанов. Оказавшись в недрах земли, они в течение миллионов лет претерпевали сложные химические изменения в условиях высоких температур и давлений в присутствии различных естественных катализаторов. В результате в глубинных областях земной коры образовались первичные месторождения нефти.

Из первичных месторождений нефть постепенно по трещинам, песчаным и пористым породам перемещалась (мигрировала) и скапливалась на различных глубинах в пустотах земной коры, образуя вторичные месторождения, т. е. зоны заполнения, откуда она и добывается в настоящее время.

Существуют сторонники гипотезы неорганического (абиогенного) происхождения нефти. Впервые наиболее полно ее высказал Д. И. Менделеев, который полагал, что нефть образовалась из карбидов металлов и паров воды в условиях глубинных процессов, происходящих в земной коре при воздействии высоких давлений и температур. Имеются сторонники и комплексного подхода к вопросу происхождения нефти. Они считают, что могли существовать оба механизма образования нефти (органический и неорганический), в определенной степени дополнявших друг друга или действовавших на различных стадиях процесса.

Рассмотрим более подробно биогенную гипотезу. Основным аргументом ее сторонников является территориальное совпадение нефтяных месторождений и зон осадочных пород. Например, обилие нефтяных месторождений в зоне шельфа морей и океанов, прибрежных зон, зон, где в отдаленные геологические периоды было морское дно, и т. д.

Однако в последние годы обнаружены большие скопления нефти, не связанные в осадочными породами. Это позволило предположить в качестве варианта биогенной гипотезы, что возможны процессы образования нефти из органического материала, попавшего в глубокие недра земли не путем постепенного осаждения, а в результате геологических процессов, характерных для ранних периодов формирования земной поверхности.

По классической биогенной гипотезе начальной стадией процесса образования нефти являлось разложение останков животных и растений под воздействием атмосферного кислорода и бактерий с образованием газов и других продуктов.

Газы (в основном СО2, N3, СН4, МН) рассеивались в атмосфере, растворялись в воде и поглощались естественными адсорбентами.

Часть исходного органического материала, наиболее устойчивая к окислительным процессам и бактериальному воздействию, оставалась в осадочных породах и постепенно опускалась в их толщу или в результате тектонических процессов оказывалась в глубоких недрах земли в нескольких километрах от поверхности. Попав в восстановительную среду под давлением до 30 МПа и при температуре 150-250 °С, в присутствии естественных катализаторов эти продукты (состоящие в основном из жиров) в течение многих миллионов лет превращались в нефть -сложную смесь различных углеводородов и других органических соединений. Первую в мире скважину пробурил в 1848 г. Ф. А. Семенов - техник небольшого промысла недалеко от Баку.

После появления двигателей внутреннего сгорания, а позднее автомобиля, развитие добычи нефти с каждым годом получало все большие масштабы.

Мировые разведанные запасы нефти к середине 90-х годов составили 92 млрд. т. Уникальные свойства нефти и получаемых из нее топлив обусловили ее главенствующую роль как энергоносителя. Но в связи с огромным потреблением нефти и усложнением ее добычи возникла необходимость решения вопросов о постепенном переходе на новые формы энергетической технологии, базой которой становится ядерная, а позднее и термоядерная энергетика. Кроме того, с каждым годом становится все яснее, что уникальные свойства нефтяных топлив трудно реализовать на базе заменителей бензина и дизельного топлива. Поэтому все больше будут разрабатываться угольные месторождения с последующей переработкой углей в синтетическое жидкое топливо.

2.2 Фракционный, групповой и элементный состав нефти и продуктов ее переработки

Нефть представляет собой вязкую, маслянистую жидкость с характерным запахом. Цвет ее зависит от растворенных в ней смол: темно-бурая, буро-зеленоватая, а иногда светлая, почти бесцветная. На свету нефть слегка флуоресцирует. Она легче воды и всегда образует на водной поверхности растекающиеся (до мономолекуляриого слоя) пятна. Плотность нефти зависит от месторождений и колеблется от 770 до 880 кг/м3.

Кинематическая вязкость большинства нефтей редко превышает 40-60 мм/с при 20 °С. В воде нефть не растворяется, а при интенсивном перемешивании образует стойкие, медленно расслаивающиеся эмульсии. Так как нефть представляет сложную смесь индивидуальных угдеводородов, то она не имеет определенных физических констант, таких как температура кипения, температура застывания и др.

При рассмотрении физических и химических свойств нефти различают три вида ее составов: фракционный, групповой химический и элементный.

Фракционный состав нефти.

При атмосферном давлении и повышении температуры из нефти испаряются последовательно различные индивидуальные углеводороды.

В зависимости от температурного интервала, в котором выкипают нефтепродукты, они сгруппированы в различные фракции. Следовательно, фракцией называется группа углеводородов, выкипающая в определенном интервале температур.

Бензин……………………………………………………35-205

Топливо для реактивных двигателей ………………120-315

Дизельное топливо …………………………………….180-360

Газойл…...………………………………………………230-360

После отгона этих фракций. остается вязкая темная жидкость, называемая мазутом (от арабского слова макзулат, что означает «отброс). Долгое время, до конца XIX в., мазут в промышленности не применяли, он был отходом нефтепереработки. Это объяснялось тем, что дальнейшая его переработка была связана с большими трудностями, так как температура перегонки мазутных фракций при атмосферном давлении выше, чем температура их термической деструкции, т. е. разрыва молекул на части под действием температуры. Разделить мазут на фракции удалось только при пониженном давлении (4-6 кПа). Этот процесс, называемый вакуумным, позволил получить из мазута соляровые фракции и дистиллятные смазочные масла (легкие, средние и тяжелые), в том числе и базовые масла для двигателей внутреннего сгорания.

После отгонки из мазута масляных фракций остается гудрон или полугудрон, которые используют для получения остаточных масел и битума.

Групповой химический состав нефти и продуктов ее переработки. Групповым химическим составом нефти называют содержание в ней углеводородов определенным химических групп, характеризуемых соотношением и структурой соединения атомов углерода и водорода.

Химические группы (гомологические ряды) углеводородов характеризуются прежде всего количественным соотношением атомов углерода и водорода. Это соотношение выражается общей формулой группы. Рассмотрим основные группы углеводородов, содержащихся в нефти и продуктах ее переработки.

Алканы (парафиновые углеводороды) являются насыщенными углеводородами (в них отсутствуют двойные связи).

Количество алканов в нефтях зависит от месторождения нефти и составляет 25-30°/о. В нефтях некоторых месторождений, с учетом растворенных в них газов, содержание алканов достигает 50-70°/о . В различных фракциях одной и той же нефти содержание алканов обычно неодинаково и уменьшается по мере увеличения молекулярной массы фракции и температуры конца ее кипения. Например, в головной фракции нефти, выкипающей до 300 °С, содержание алканов достигает 88%. В остаточных фракциях их содержание снижается до 5-10% .

По своей структуре алканы бывают нормальные и изоалканы.

Структура нормальных алканов представляет собой неразветвленную цепочку атомов углерода, свободные валентности которого заняты водородом.

Если цепочка атомов углерода имеет одно или несколько разветвлений, структура называется изомерной, а имеющие такую структуру алканы называют изоалканами.

Изомерная структура алканов существенно влияет на их физические и химические свойства. Температура кипения жидких и температура плавления твердых изоалканов, как правило, ниже, чем у нормальных алканов. Нормальные алканы при низких и умеренных температурах обычно очень инертны, в том числе и по отношению к кислороду. Это способствует, например, высокой химичес-кой стабильности бензинов, содержащих нормальные ал-каны. Изоалканы при умеренных температурах обладают меньшей стабильностью.

С повышением температуры стабильность нормальных и изоалканов постепенно понижается, причем понижение стабильности у нормальных алканов происходит сначала примерно таким же темпом, как и у изоалканов, но при температуре 250-300 °С скорость взаимодействия с окислителем у нормальных алканов резко увеличивается и становится значительно выше, чем у изоалканов с той же молекулярной массой. В зависимости от числа атомов углерода алканы имеют газообразное, жидкое или твердое агрегатное состояние.

Цикланы (нафтеновые углеводороды) также являются насыщенными углеводородами.

Они имеют циклическую структуру. Впервые цикланы в нефти были найдены известными русскими химиками В. В. Марковниковым и В. Н. Оглоблиным. Содержание цикланов в различных нефтях составляет от 25 до 75%, а в отдельных фракциях некоторых нефтей - до 80%. Цикланы содержатся во всех фракциях нефти, и по мере увеличения молекулярной массы и температуры конца кипения фракции количество их в ней возрастает.

Цикланы могут состоять из моноциклических структур обычно пяти или шести членов, а также бициклических, реже соединений из трех колец.

По химическим свойствам и особенно по окислительной стабильности цикланы при нормальных температурах практически так же стабильны, как и нормальные алканы, а при высоких температурах (400 °С и выше) приближаются по стойкости к изоалканам, т. е. обладают большей химической стабильностью, чем нормальные алканы.

Некоторые моноцикланы и полицикланы имеют гибридную структуру, в которой к кольцам присоединены цепочки алкановых структур. В продуктах переработки нефти, особенно в бензинах термического крекинга, содержится значительное количество ненасыщенных углеводородов - алкенов и алкадиенов (олефинов и диолефинов).

Алкены отличаются от алканов наличием одной двойной связи между атомами углерода. Двойная связь с ее способностью к легкому разрыву обусловливает малую химическую стабильность алкенов. Они легко вступают в реакцию присоединения, что является причиной их быстрого окисления и окислительной полимеризации. Этим объясняется недостаточная окислительная стабильность бензинов термического крекинга, в которых содержание ненасыщенных углеводородов достигает 40%.

Алкены, так же как и алканы, имеют нормальные и изомерные структуры, причем изоалкены более разнообразны, чем изоалканы, так как изменяют свои свойства в зависимости не только от расположения и количества бо-ковых цепей, но и от места двойкой связи.

Алкадиены имеют две двойные связи, и это вызывает еще большую их нестабильность и реакционную способность, чем у алкенов.

Присутствие в нефтепродуктах алкадиенов придает им ряд отрицательных качеств, в том числе склонность к смолообразованию. Алкены и алкадиены ненасыщенные углеводороды, и их присутствие в топливах крайне нежелательно, так как сокращает срок возможного их хранения. В нефтях они практически не содержатся.

Элементным составом нефти называют содержание в ней отдельных химических элементов, выраженное в процентах по массе.

Анализ нефтей различных месторождений показал, что их элементный состав меняется мало. Основные элементы, входящие в состав нефти и в продукты ее переработки, это углерод и водород. Содержание углерода в среднем 83,5-87%, а водорода 11,5-14%. Кроме углерода и водорода в нефти содержится: сера 0,01-5,8%, кислород 0,1-1,3%, азот 0,03-1,7°/о и следы металлов.

Углерод и водород входят в состав нефти в виде раз- личных соединений углеводородов; кислород и азот находятся обычно в связанном виде (нафтеновые кислоты, смолы, фенолы, амины и др.). Сера может быть как в связанном, так и в свободном состоянии.

Сера особенно отрицательно влияет на эксплуатационные свойства продуктов, получаемых из нефти, поэтому ее содержание является важным критерием для оценки качества нефти.

Примеси, содержащиеся в нефтях, влияют на качество получаемых из нее топлива и смазочных материалов. Современные методы переработки нефти позволяют полностью освободить ее от примесей, в первую очередь, от особо вредных, таких как сера и ее соединения, нефтяные смолы и ряд других. Однако следует учитывать, что очистка нефти или полученных из нее продуктов связана со значительными затратами энергии, реактивов, времени и рабочей силы, а некоторые способы очистки и с потерей определенного количества ценных продуктов и загрязнением окружающей среды.

Сера в нефтях находится в основном в органических соединениях и смолах. Смолы, содержащиеся в нефти, представляют собой высокомолекулярные соединения, в которых кроме углерода имеются кислород, сера, азот и металлы. Содержание смол в нефти изменяется в широких пределах (от 1 до 40°/о и более).



3. Технологические методы переработки горюче смазочных материалов

Методы переработки твердого топлива основаны на гетерогенных, главным образом некаталитических процессах в системах “твердое - газ”, “твердое - жидкость - газ” и многофазных, осуществляемых при высоких температурах.

При нагревании уголь и другие виды топлива претерпевают сложные изменения, ведущие к образованию новых твердых, жидких и газообразных продуктов.

Основными методами переработки твердого топлива являются коксование, полукоксование, газификация и деструктивная гидрогенизация.

Коксование- метод переработки каменных углей нагреванием без доступа воздуха до 900-1050 °С в коксовых печах. Коксохимическое производство включает три технологические стадии: подготовку сырья, коксование и переработку коксового газа.

Сырьем для коксования служит смесь каменных углей, способных при нагревании спекаться (т. е. размягчаться и слипаться в общую массу). К таким углям относятся коксующие угли различных марок: коксующиеся, паровично-спекающиеся, паровично-жирные и др. Но запасы коксовых углей ограничены, поэтому наряду с ними применяют другие марки каменных углей - неспекающиеся: жирные, газовые, длиннопламенные.

Поступающие на переработку угли подвергаются под- готовке: дроблению, сортировке, обогащению, обезвоживанию. Эта работа по улучшению качества угля требует дополнительных расходов, но она экономически целесообразна.

Процесс коксования протекает в коксовых печах , представляющих собой щелевидные камеры 2 шириной 0,4 м, высотой 4 м и длиной 14-15 м, сложенные из огнеупорного материала. В своде такой камеры имеются отверстия - люки для загрузки угля. Несколько десятков печей (до 75), расположенных параллельно друг другу и "связанных кирпичной кладкой, образуют коксовую батарею. В простенках между печами располагаются отопительные каналы . В них сжигается какое-либо газообразное топливо. Полученное при этом тепло через стенки печей передается загруженному в них углю.

Коксование длится 13-14 часов. По окончании процесса открывают переднюю и заднюю двери печи и специальным толкателем выталкивают кокс из камеры в стальной полувагон, в котором его тушат. После выгрузки кокс сортируют. Из одной тонны угольной шихты получают 730-780 кг кокса, содержащего 85-95°/о чистого углерода, 5-11% золы и небольшое количество других веществ.

Образующийся при коксовании газ (до 350 м3 на 1 т угля) содержит много ценных веществ. Кроме водорода, метана, окиси и двуокиси углерода, в его состав входят пары каменноугольной смолы, бензола, аммиака, сероводорода и ряд других соединений. Парогазовую смесь, отходящую из коксовых камер, улавливают и отводят в цех конденсации на переработку, извлекая содержащиеся в газе компоненты.

Полукоксование - низкотемпературный пиролиз низкосортного твердого топлива (каменные и бурые угли, сланцы) при нагревании до конечной температуры 500-550 °С без доступа воздуха.

Продукты полукоксования - полукокс, смола и газ. Полукокс - слабо спекшийся хрупкий продукт, содержащий до 10°/о летучих веществ, обладающий высокой реакционной способностью и большой зольностью. Применяют как местное энергетическое топливо и как составляющую шихты для коксования.

Смола, в особенности сланцевая, служит источником получения моторных топлив, растворителей и самых разнообразных органических мономеров, выделяемых прямой перегонкой смолы.

Газификация. В последнее время газификация твердого топлива приобретает особое значение как источник энергии и химического сырья.

Газификации могут быть подвергнуты любые виды твердого топлива - торф, низкосортные угли, сланцы, полукокс, отходы лесоразработок и др. При газификации, проводимой в реакторах, называемых газогенераторами, органическая масса топлива превращается в генераторные газы. Твердый остаток газификации (шлак) представляет собой минеральную часть топлива, т. е. золу. В зависимости от назначения генераторного газа применяют различные виды дутья и получают газ заданного состава.

Представляет интерес возрождение идеи Д. И. Менделеева о подземной бесшахтной газификации каменных углей, когда газификация протекает в подземном газогенераторе без извлечения топлива на поверхность, т. е. без трудоемких горных работ.

Метод заключается в том, что с поверхности земли к угольному пласту бурятся скважины на расстоянии 25-30 м друг от друга, после чего забои этих скважин соединяются каналом газификации по угольному пласту. Одна скважина предназначена для подвода дутья, а другие -для отвода образующихся газов.

Деструктивная гидрогенизация - это метод прямого получения искусственного жидкого топлива - заменителя нефтепродуктов - из бурых и каменных углей, сланцев и других видов твердого топлива.

Сырьем служат каменные и бурые угли, содержащие в своей массе минимум серы, азота, кислорода, но максимум водорода. Угли подготавливают: дробят, измельчают, обогащают и сушат. Тонко измельченный угольный порошок смешивают с тяжелым маслом. Полученную массу нагревают в автоклавах под давлением в присутствии водорода и катализатора. В этих условиях уголь насыщается водородом - гицрогенизуется. Одновременно с гидрогенизацией происходит расщепление (дёструкция) больших молекул, составляющих уголь, в смесь жидких и газообразных веществ с меньшим молекулярным весом. В результате образуются углеводороды , аналогичные молекулам веществ, составляющих нефть. В зависимости от степени гидрирования можно получить бензин, керосин, дизельное топливо и другие вещества.

Переработка нефти

Нефть - основа энергетики и ряда отраслей промышленности. Добытую нефть направляют в трапы и сепараторы. Здесь от нее отделяют попутный газ (дегазация) и подают его на отбензинивание. Пары бензина и газа выделяют либо путем сжатия газа и последующего охлаждения, при котором бензин переходит в жидкое состояние, либо пропуская газ через специальные поглотители (соляровое масло), из которых бензин затем отгоняют. Отбензиненный сухой газ направляют на компрессорную станцию для после дующего использования. После дегазации нефть подают в мерники, где ее освобождают от взвешенных частиц (песка, глины и др.), а затем замеряют. Помимо песка и глины нефть содержит воду и соли. Поэтому ее подвергают дальнейшей обработке, обезвоживанию и обессоливанию.

Переработку нефти, в зависимости от качества используемого сырья и характера производимых продуктов, осуществляют. разными методами. Все методы нефтепереработки можно разделить на два вида: физические и химические. К первым относится перегонка, ко вторым - крекинг, пиролиз и др.

Перегонка представляет собой процесс разделения нефти как сложной жидкости на отдельные фракции (части). В основе такого процесса лежит метод раздельной конденсации паров веществ, составляющих нефть. Обычно перегонка производится в две стадии. Вначале из нефти под атмосферным давлением выделяют моторное топливо, получая в остатке мазут, а затем под вакуумом мазут перерабатывают.

Перегонка нефти производится на атмосферных или атмосферно-вакуумных установках, состоящих их трубчатой печи 1, ректификационной колонны 2, теплообменников 3, насосов и других аппаратов.

Трубчатая печь 1 - это устройство, внутри которого помещена система стальных труб, обогреваемых теплом сжигаемого горючего газа или мазута. Ректификационная колонна 2 представляет собой вертикальный стальной цилиндр высотой до 40 м разделенный внутри горизонтальными перегородками (барботажными тарелками) на отделения.

Пройдя ряд теплообменников, нефть попадает в змеевики трубчатой печи; где нагревается до 320 °С. При этом наиболее легкие углеводороды нефти закипают, переходя в газообразное состояние. Смесь жидкости и паров попадает в нижнюю часть ректификационной колонны и здесь раз- деляется. Пары устремляются вверх, проходя через отверстия в тарелках, а жидкая, неиспарившаяся часть нефти (мазут) стекает вниз.

Выделенные из нефти при перегонке вещества (дистилляты) являются полупродуктами. Чтобы получить товарные нефтепродукты, дистилляты очищают и, если необходимо, вторично ректифицируют. Например, бензиновый дистиллят при разгонке дает различные марки автомобильного и авиационного бензина, уайт-спирита (лаковый бензин) и другие продукты.

Крекинг и пиролиз нефти

В настоящее время в нефтеперерабатывающей промышленности все большее значение приобретают химические процессы. Они позволяют резко увеличить выход целевых продуктов и улучшить их качество. При перегонке нефти выход бензина составляет в среднем 10-25°/о веса взятого сырья. Такое количество бензина не может покрыть возрастающий спрос народного хозяйства на этот вид топлива. Увеличение производства бензина (как и других видов моторного топлива) достигается применением крекинга. Он представляет собой химико-термический процесс расщепления молекул тяжелых углеводородов, в результате которого образуется смесь веществ меньшего молекулярного веса.

Крекингу подвергают различные нефтепродукты, преследуя разные цели, но его главная задача - получение бензина, выход которого при этом может достигнуть 70°/о веса взятого сырья.

Существует два вида крекинга: термический и каталитический.

Термический крекинг осуществляют при высокой температуре и значительном давлении. В таких условиях молекулы тяжелых углеводородов расщепляются легче.

Установка термического крекинга включает трубчатую печь для нагрева сырья, испарители, ректификационную колонну, газосепараторы.

Особой разновидностью крекинга является пиролиз. Он проводится при температуре 700-720 °С и атмосферном давлении. Исходным материалом для этого процесса служат легкие фракции: нефтелигроин и керосин. Цель пиролиза - получение газа и ароматических углеводородов.

Каталитический крекинг - более совершенный процесс крекингования, осуществляемый с применением катализатора. Наличие последнего ускоряет разложение высокомолекулярных углеводородов, позволяет вести процесс при более низкой температуре и давлении близком к атмосферному. Таким способом обычно получают авиационный бензин, выход которого достигает 70°/о веса взятого сырья. Исходным материалом для каталитического крекинга служит преимущественно керосиновый и соляровый дистиллят.

Продукты переработки нефти. При переработке нефти получают большое количество разнообразных продуктов. Их можно разделить на три обширные группы: горючие, смазочные и прочие. К первой группе относится моторное, реактивное и котельное топливо, ко второй -смазочные масла и разнообразные консистентные смазки , а к третьей - битумы, нефтяные кислоты и их производные, ароматические углеводороды, парафины, вазелин, церезин и др.

Газообразное топливо и его переработка

Газообразное топливо имеет значительные преимущества по сравнению с твердым топливом. Газообразное топливо находит широкое применение в промышленности, в быту, в автотранспорте, химической промышленности.

К газовому топливу относят природные, нефтяные (по-путные) газы, а также промышленные, получаемые при переработке топлива. Промышленными являются крекинг-газ, коксовый, полукоксовый, генераторный. При химической переработке газ предварительно разделяют на составляющие компоненты или узкие фракции. Состав природных и попутных газов весьма разнообразен. Они содержат метан, этан, пропан, бутан и небольшое количество азота. В газах нефтепереработки содержится этилен, пропилен, бутилен. В генераторных газах находится окись углерода и водорода. Вещества, содержащиеся в этих газах, являются сырьем для получения удобрений, пластических масс, химических волокон, синтетических каучуков, растворителей, моющих средств и т. д. Чтобы получить эти продукты, газы необходимо переработать.

Методы переработки можно разделить на три группы.

1. Прямое использование веществ, входящих в состав газа, присоединением к ним кислорода (окисление), хлора (хлорирование), воды (гидрирования), присоединением к молекулам групп СН, СnНm, (алкирование), изменением структуры молекул (изомеризация), соединением многих простых молекул в сложные (полимеризация).

2. Крекинг углеводородов, входящих в состав газов, для получения непредельных углеводородов.

З. Конверсия - взаимодействие с водяными парами для получения окиси углерода и водорода.

В результате этих процессов из газов можно получать самые разнообразные продукты. Следует отметить большой экономический эффект использования газов.

Сейчас более половины потребляемого газа расходуется промышленностью, с его применением производятся все основные промышленные продукты - чугун, сталь, прокат, цветные металлы, штамповки для машиностроения, минеральные удобрения. Наиболее эффективно применение таза в качестве химического сырья.

смазочный огнеопасный топливо нефть



4. Нефтепродукты

4.1. Нефть как товар

Нефть ( восходит к аккадскому напатум - вспыхивать, воспламенять) - жидкое горючее полезное ископаемое.

Качество сырой нефти и получаемых нефтепродуктов зависит от ее состава. По химическому составу нефть представляет собой сложную смесь органических соединений, преимущественно углеводородов, а также кислорода, азота, серы и других элементов. Менее всего колеблется элементный состав: 82,5-87% С; 11,5-14,5% Н; 0,05-0,35, редко до 0,7% О; 0,001-5,3% S; 0,001-1,8 % N. В незначительных количествах в нефти содержатся хлор, йод, металлы - вольфрам, никель, железо, натрий, калий, медь, всего свыше 20 элементов. Углерод и водород присутствуют в виде углеводородов, кислород и азот - в виде разнообразных соединений, сера - как в свободном, так и в связанном состоянии.

Важный этап добычи нефти - отделение попутного газа, осуществляемое в газонефтяном сепараторе. Далее от нефти отделяют пластовую воду с минеральными солями (в сырой нефти до 10 % воды и до 4 г/л солей; остаточное содержание солей после отделения пластовой воды - не более 50 мг/л). На нефтеперерабатывающих заводах из сырой нефти после дополнительного обессоливания путем перегонки получают бензин, дизельное топливо, мазут, нефтяные масла и другие продукты. Качество нефтепродуктов в значительной степени зависит от наличия в них примесей нафтеновых кислот, смол, фенолов, аминов. Именно они определяют соответствие продуктов переработки нефти современным экологическим требованиям. Для сырой нефти основными качественными характеристиками являются плотность, содержание серы и фракционный состав.

Плотность нефти зависит от содержания парафиновых углеводородов и смол. Для ее характеристики используются показатели относительной плотности (г/см3) и плотности Американского института нефти (API), измеряемой в градусах. Относительная плотность равна отношению массы нефти к массе воды одинакового объема. Плотность API = (141,5/относительная плотность - 131,5).

Чем меньше плотность нефти, тем легче процесс ее переработки и выше качество нефтепродуктов.

По содержанию серы нефть в Украине и Европе подразделяют на малосернистую (до 0,5 %), сернистую (0,51-2%) и высокосернистую (более 2 %). В США по содержанию серы нефть классифицируют как сладкую (до 0,5 %), средне сладкую, или среднекислую (0,5 1- 2 %), и кислую (более 2%). Происхождение термина «сладкая нефть» носит исторический характер: раньше в Америке использовали ламповый керосин, сладковатый на вкус.

Соединения серы в товарной нефти не допускаются, так как они токсичны, имеют неприятный запах, способствуют отложению смол и вызывают коррозию металлов.

Важным показателем химического состава нефти является ее фракционный состав. Он определяется по температуре кипения ее составных частей. Фракция нефти - это доля (группа) углеводородов, выкипающая (испаряющаяся) в определенном интервале температур. Температуры начала и конца кипения называются границами кипения фракций, или пределами выкипания.

Фракции, выкипающие при температуре до 350 °С, называют светлыми дистиллятами. Фракция, выкипающая после отбора светлых дистиллятов, называется мазутом. Мазут и полученные из него фракции - темные.

Как правило, сырая нефть содержит:

* мазут - температура кипения выше 430 °С;

* газойль - 230 - 430 °С;

* керосин - 160 - 230 °С;

* нафта - 105-160 °С

* бензин - 32-105 °С

* углеводородные газы - ниже 32 °С.

Различные типы нефти сильно различаются по составу. В легкой нефти обычно больше бензина, нафты и керосина, в тяжелой - газойля и мазута. Наиболее распространена нефть с содержанием бензина 20-30%.

Качество нефти связано также с содержанием в ней воды и механических примесей. Вода не только осложняет переработку нефти, но и ухудшает качество нефтепродуктов, снижая теплопроводную способность и вызывая коррозию металлических деталей оборудования. Механические примеси (песок, глина и частицы твердых пород) снижают производительность нефтяного оборудования.

Кроме всего перечисленного качество нефти характеризуется вязкостью. Чем вязкость меньше, тем легче осуществляются транспортирование нефти по трубопроводам и ее переработка.

В мировой практике различие в ценах на нефть определяется содержанием в ней светлых нефтепродуктов, а качество оценивается по плотности и содержанию серы.

Нефть -- это биржевой товар. На мировых рынках торгуют десятью общепризнанными марками, наиболее известными из которых являются WTI (Западно-Техасская средняя), котируемая на Нью-Йоркской бирже NУМЕХ (New YorkMerchandise Exchange), и Brent, котируемая на Лондонской бирже IPE (International Petroleum Ехс1запе). Обе марки котируются также на Сингапур-ской бирже SIMEX. Страны ОПЕК (Организация стран--экспортеров нефти) реализуют сорта Saharan B1end (Алжир), Minas (Индонезия), Воппу Light (Нигерия), АгаЫап Light (Саудовская Аравия), Dubai (ОАЭ), Tia 'папа (Венесуэла) и Isthmus (Мексика). Россия экспортирует нефть под двумя марками, являющимися смесью различных сортов, -- Ura1s и Siberian Light. 1..Тга1 -- основная российская экспортная нефть. Siberian Light -- выше качеством и ценится немного дороже

Переработка нефти и нефтепродуктов

Российская нефтеперерабатывающая промышленность обладает огромным производственным потенциалом. Суммарная мощность нефтеперерабатывающих заводов превышает 260 млн т. Отрасль имеет квалифицированную рабочую силу и запасы сырья. Однако объем переработки нефти составляет менее 65 % от уровня конца 80-х - начала 90-х годов прошлого столетия. По масштабам фактической нефтепереработки Россия переместилась со второго места после США на четвертое, пропустив вперед Японию и Китай.

Нефтепереработка - это многоступенчатый процесс физической и химической обработки сырой нефти, результатом которого является получение комплекса нефтепродуктов . Переработку нефти осуществляют методом перегонки, то есть физическим разделением нефти на фракции. Различают первичную и вторичную переработку нефти. При первичной переработке из нефти удаляют соли и воду. Эффективное обессоливание позволяет уменьшить коррозию оборудования, предотвратить разрушение катализаторов, улучшить качество нефтепродуктов. Затем в атмосферных или вакуумно-атмосферных ректификационных колоннах нефть разделяется на фракции. Их используют как готовую продукцию, например низко октановые бензины, дизельное топливо, керосин, или направляют на последующую переработку.

Основные продукты нефтепереработки

Топливо: моторное топливо, котельное топливо;

Нефтехимические продукты: топливо, нефтехимическое сырьё, масла;

Топливо и масла: моторное топливо, смазочные масла.

Вторичная переработка нефти обеспечивает химическое превращение, вплоть до деструкции молекул, полученных при первичной переработке фракций (дистиллятов) в целях увеличения содержании в них углеводородов определенного типа. Основным методом вторичной переработки нефти является крекинг - термический, каталитический и гидрокрекинг. Крекинг - это процесс переработки нефти и ее фракций, вызывающий распад тяжелых углеводородов, изомеризацию и синтез новых молекул. Он применяется главным образом для получения моторных топлив.

При термическом крекинге тяжелые углеводороды, входящие в состав остаточных продуктов перегонки нефти, расщепляются на легкие углеводороды. Наиболее распространенным является глубокий крекинг керосиногазойлевых фракций для получения бензина. Он проводится при температуре 500-520 °С и давлении до 5 МПа. Выход бензина при этом достигает 60-70 %.

Тяжелые нефтепродукты (мазут, гудрон и др.) подвергаются термическому крекингу низкого давления, осуществляемому при температуре 500-600 °С, или коксованию. Его проводят в целях получения газойля, используемого для производства моторных топлив, и кокса (выход до 20 %), применяемого, например, для изготовления электродов. Может проводиться высокотемпературный крекинг, или пиролиз, осуществляемый при температуре 650-750 °С и давлении, близком к атмосферному. Этот процесс дает возможность перерабатывать тяжелое остаточное нефти сырье в газ, используемый в химической промышленности, а также получать ароматические углеводороды - бензол, толуол, нафталин и др.

Каталитический крекинг служит для получения дополнительного количества высокооктанового бензина и дизельного топлива разложением тяжелых нефтяных фракций с применением катализаторов.

Этот процесс позволяет увеличить выход и повысить качество бензина по сравнению с термическим крекингом.

Для переработки средних и тяжелых нефтяных фракций с большим содержанием сернистых и смолистых соединений большое распространение получил каталитический крекинг с использованием водорода - гидрокрекинг. При этом процессе выход светлых нефтепродуктов возрастает до 70 %, содержание серы в них снижается. Для переработки различных нефтепродуктов, в том числе газов и остатков нефтеперегонки, применяют крекинг с водяным паром. Его преимущества - низкое коксообразование и большой выход олефинов.

Процесс получения высокооктанового компонента автомобильных бензинов путем каталитического превращения низкооктановых бензиновых фракций, вырабатываемых при прямой перегонке и крекинге, называется каталитическим риформингом.

К методам вторичной переработки нефти также относятся: алкилирование - для получения изооктана и другого высокооктанового топлива, деструктивная гидрогенизация - для увеличения выхода легких и светлых нефтепродуктов, синтез углеводородов из газов - для превращения в жидкое состояние углеводородов, находящихся в газах крекинга, и др.

Получаемые различными способами нефтепродукты очищаются от нежелательных примесей и смешиваются (подвергаются компаундированию) для получения товарных продуктов. При необходимости в них вводятся специальные добавки - присадки, улучшающие те или иные свойства продуктов.

Классификация нефтепродуктов.

Ассортимент нефтеперерабатывающей промышленности насчитывает более 500 наименований газообразных, жидких и твердых нефтепродуктов в зависимости от их назначения. Основную группу нефтепродуктов представляют различные виды топлива. Моторное топливо, применяемое в двигателях внутреннего сгорания, составляет около 60 % объема всех нефтепродуктов. Моторное топливо - это светлые нефтепродукты, применяемые для сжигания в двигателях. В зависимости от типа двигателя используется топливо карбюраторное (бензин различных марок и сортов), дизельное или реактивное. Для эксплуатации транспортных и стационарных тепловых установок, а также промышленных печей используют котельное топливо. К нему относят мазут различных марок и сланцевое масло, топливо печное бытовое. Все нефтяное топливо, кроме котельного, подвергается очистке.

Вторую по объему производства ассортиментную группу нефтепродуктов составляют нефтяные масла. Смазочные масла применяются для уменьшения силы трения и снижения износа трущихся поверхностей узлов механизмов и машин. Несмазочные материалы выполняют функцию антикоррозионных средств.

Углеродные и вяжущие материалы составляют третью группу товарных нефтепродуктов. Их получают вакуумной перегонкой и окислением остатков перегонки нефти. Применяют их в строительно-дорожных работах как кровельно-изоляционный материал и для специальных целей.

Нефтехимическое сырье, так называемые твердые углеводороды, получают разделением и очисткой продуктов, выделяемых при депарафинизации - удалении парафина из нефтяных фракций. К ним относятся парафин, церезин и др. Товарными нефтепродуктами этой группы являются также растворители.

4.2 Топливо: виды, марки, основные показатели качества

В настоящее время в Украине находится в эксплуатации более 5 млн единиц автомобильного транспорта. Большая часть парка машин оснащена бензиновыми (карбюраторными или инжекторными) двигателями внутреннего сгорания.

Современный автомобильный бензин должен удовлетворять требованиям, обеспечивающим экологичную и надежную работу двигателя:

* иметь хорошую испаряемость, позволяющую получить однородную топливовоздушную смесь оптимального состава при любых температурах;

* иметь групповой углеводородный состав, обеспечивающий устойчивый, бездетонационный процесс сгорания на всех режимах работы двигателя;

* не изменять своего состава и свойств при длительном хранении и не оказывать вредного воздействия на детали топливной системы, резервуары, резинотехнические изделия и т. п.

Автомобильный бензин - это легковоспламеняющаяся горючая жидкость, в состав которой входят углеводороды, выкипающие при температуре от 35 до 200 °С. Важнейшим свойством бензина является его способность в состоянии газообразной смеси воспламеняться и сгорать со скоростью распространения фронта пламени 25-35 м/с. В некоторых случаях процесс горения может приобрести взрывной, детонационный характер. Мгновенное сгорание рабочей смеси нежелательно, так как вызывает вибрацию и перегрев деталей двигателя, преждевременный их износ, снижение мощности.

Способность бензина противостоять взрывообразному горению называется детонационной стойкостью. Она оценивается октановым числом. Для любого бензина октановое число определяют путем подбора смеси из двух эталонных углеводородов: изооктана - октановое число 100, и нормального гептана с октановым числом, равным 0, которая по детонационным свойствам эквивалентна испытуемому бензину. Процентное содержание в этой смеси изооктана принимают за октановое число.

Одним из принципов классификации различных марок бензина является октановое число. Существуют два метода его определения: исследовательский (ОЧИ - октановое число по исследовательскому методу) и моторный (ОЧМ - октановое число по моторному методу). Моторный метод лучше характеризует антидетонационные свойства бензина в условиях форсированной работы двигателя и его высокой теплонапряженности, исследовательский - при эксплуатации двигателя в городе, когда работа его связана с относительно невысокими скоростями, частыми остановками и меньшей теплонапряженностью.

Автомобильные бензины марок: А-76, АИ-91, АИ-93 и АИ-95. Буква «И» в маркировке указывает на применение исследовательского метода при определении октанового числа, цифры - октановое число. Наиболее велика в производстве доля бензина марок А-76, А-92, Кроме перечисленных производятся также автомобильные бензины марок А-80, А-96, АИ-98.

Для повышения детонационной стойкости (повышения октанового числа) в процессе компаундирования можно увеличить в бензине долю высокооктановых компонентов. Однако это весьма дорогостоящий способ, поэтому используют более дешевый -введение в состав бензина специальных химических соединений -антидетонаторов. Наиболее эффективным антидетонатором является тетраэтилсвинец (ТЭС) - вещество крайне ядовитое. Чтобы предупредить образование в двигателе нагара, тетраэтилсвинец вводят вместе с выносителем. В результате образуются летучие вещества, которые удаляются из двигателя с отработавшими газами. При этом соединения свинца попадают в атмосферу, почву, воду, отравляя их.

Смесь тетраэтилсвинца с выносителем называется этиловой жидкостью. Бензин, содержащий этиловую жидкость, называется этилированным. Чтобы предупредить отравление им, этилированный бензин окрашивают в различные цвета.

Тетраэтилсвинец в качестве основного компонента антидетонатора (АД-ТЭС) используется уже 80 лет. Однако затраты на санитарно-гигиенические мероприятия, связанные с применением АД-ТЭС, более чем в 10 раз превышают экономический эффект от его применения. В США, ФРГ, Франции, Японии, Швеции и ряде других стран ТЭС запрещен.

В настоящее время этилированный бензин заменяется неэтилированным. Это связано с использованием в автомобилях каталитических нейтрализаторов отработавших газов. Оксиды свинца разрушают нейтрализатор и выводят его из строя через несколько часов работы двигателя.

Нейтрализаторы обеспечивают соблюдение экологических требований к автотранспортным средствам, которые регламентируются правилами Европейской экономической комиссии ООН.

Октановое число бензина можно повысить, вводя либо антидетонаторы, либо присадки (добавки). Антидетонаторы увеличивают октановое число, действуя как катализаторы на процесс сгорания топлива, поэтому их применяют в очень малых количествах по отношению к единице топлива. В этом качестве используются производные ферроцена . Около 10 % валового производства бензина составляет бензин, содержащий ФК-4. Однако повышение нормативного содержания этого антидетонатора в бензине приводит к отложению абразивных частиц оксида железа на деталях камеры сгорания двигателя, в том числе на свечах зажигания, что вызывает различные неполадки.

При его использовании износ двигателей в 1,5 раза меньше, чем при применении АД-ТЭС. Наиболее перспективными можно считать антидетонаторы на основе карбонилов металлов.

В отличие от антидетонаторов присадки увеличивают октановое число бензина за счет своего количества. Присадки, как правило, имеют собственное октановое число выше 100.

В качестве октаноповышающих добавок в настоящее время используются метил- трет- бутиловый эфир(МТБЭ)этанол, метил циклопентадиэтил- трикарбонил марганца (МЦТМ) и этил- трет- бутиловый эфир (ЭТБЭ). МТБЭ, например, повышает октановое число, а также снижает уровень СО в отработавших газах и способствует более полному сгоранию углеводородов.

Большие мощности по производству МТБЭ имеются в США, Индии, Тринидаде, Великобритании, во Франции, в последние годы в Китае. Недостатком МТБЭ является гигроскопичность, усиленный износ двигателя вследствие образования нагара, плохая совместимость с резинами и другими эластомерами. Кроме того, его высокая концентрация в бензине приводит к увеличению в выбросах концентрации формальдегида, оксида азота, ацетальдегида. Поэтому в Японии установлен норматив введения МТБЭ -- не более 7 %. Аналогичные ограничения существуют и в странах Западной Европы.

ЭТБЭ -- наиболее устойчивая присадка, она может быть использована даже как альтернативное топливо, однако ее промышленное производство пока не налажено.

За рубежом для улучшения эксплуатационных свойств автомобильного бензина широко используют многофункциональные присадки, уделяя особое внимание моющим. Применение моющих присадок обеспечивает нормальную работу двигателя при его эксплуатации. Впервые бензин с моющими присадками был разработан фирмой SHEVRON в 1954 г., но широкое распространение они получили лишь с введением принудительной системы вентиляции картера.

...