ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

	Таблица 1.3 —		Антидетонационные свойства углеводородов
			и компонентов бензинов
		Углеводороды		ОЧММ	ОЧИМ	Чувстви-
	и компоненты бензинов					тельность
		этан		104	107,1	3,1
		пропан		100	105,7	5,7
		н-бутан		90,1	93,6	3,5
		изобутан		99	102	3
	Алканы	н-пентан		61,9	61,9	0
		изопентан		90,3	92,3	2
		н-гексан		23	25	2
		н-октан		–17	–19	–2
		изооктан		100	100	0
		пропилен		84,9	101,4	16,5
	Алкены	бутен-2		86,5	99,6	13,1
		пентен-1		77,1	90,9	13,8
		гексен-1		63,4	76,4	13
		циклопентан		85	100	15
		циклогексан		78,6	83	4,4
	Цикланы	метилциклогексан		71	74,8	3,8
		этилциклогексан		40,8	46,5	5,7
		4, 2-диметилциклогексан		78,5	80,9	2,4
		бензол		108	113	5
	Арены	толуол		102,1	115	12,9
		ксилолы		>100	136...144	36...40
		изопропилбензол		99,3	108	8
	Газовый бензин (33...103 °С)			86	89	3
	Алкилат			90	92	2
	Изомеризат			79...85	74...81	2...4
	Бензин термокрекинга мазута			64,2	71,2	7
	Бензин замедленного коксования гудрона			62,4	68,2	5,8
	Бензин каталитического крекинга			74,9	82,6	7,7
	Бензин гидрокрекинга			71	75	4
	Бензин платформинга жесткого режима			86	96,6	10,6
	Бензин платформинга мягкого режима			77	83,6	6,7

44

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

4.Олефиновые углеводороды обладают более высокой ДС по сравнению с алканами с тем же числом атомов углерода. Влияние строения алкенов на их ДС подчиняется тем же закономерностям, что и у алканов. Повышению ДС алкена способствует расположение двойной связи в его молекуле ближе к центру. Среди диолефинов более высокиеДСимеютуглеводородыссопряженнымрасположениемдвойных связей.

5.Наличие и удлинение боковых цепей нормального строения у цикланов приводит к снижению их ДС. Разветвление боковых цепей и увеличение их числа повышают ДС нафтенов.

6.ДС аренов, в отличие от других классов углеводородов, не понижается, а наоборот, несколько повышается с увеличением числа углеродных атомов. Их ДС улучшается при уменьшении степени разветвленности и симметричности ее расположения, а также наличии двойных связей в алкильных группах.

Лучшими компонентами высокооктановых авиа- и автобензинов

являются изопарафины и до определенного предела – ароматические углеводороды(чрезмерновысокоесодержаниеареновприводиткухудшению других показателей качества бензинов, таких как токсичность, нагарообразование и др.).

Оценку ДС авиационных бензинов проводят на бедной и богатой смесях в условиях наддува. Их ДС обозначают дробью: числитель – ОЧИМ на бедной смеси, а знаменатель – сортность на богатой смеси

вусловиях наддува. Сортностью авиабензина называют возможное увеличение мощности двигателя (выраженное в процентах) при работе на испытуемом топливе за счет увеличения наддува по сравнению с мощностью, получаемой на эталонном изооктане, сортность которого принимаетсяза100единиц.Наиболееэффективнымидешевым,ноэкологически невыгодным способом повышения ДС товарных бензинов является введение антидетонационных присадок – антидетонаторов. Они обладают способностью при добавлении в бензин в небольшой концентрации резко повышать его ДС. В качестве такой присадки во всех странах мира более полувека применяли алкилсвинцовые антидетонаторы, преимущественно тетраэтилсвинец (ТЭС), а также тетарметилсвинец (ТМС).

Впоследние годы в целях охраны чистоты окружающей среды

вбольшинстве стран мира наметилась тенденция к полному запрещению применения ТЭС.

Испаряемостьавтобензинов. Она обусловливает многие важнейшие их эксплуатационные свойства при применении в ДВС с принуди-

45

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

тельнымвоспламенением.Внаибольшейстепенииспаряемостьзависит от фракционного состава и давления насыщенных паров бензинов.

С фракционным составом и давлением насыщенных паров бензинов связаны такие эксплуатационные характеристики двигателя, как возможность его пуска при низких температурах и склонность к образованию паровых пробок в системе питания, приемистость автомобиля, скорость прогрева двигателя, расход горючего и другие показатели. Пусковые свойства бензинов улучшаются по мере облегчения их фракционного состава.

Применениеоченьлегкихбензиноввызываетдругиеэксплуатационныезатруднения,как,например,образованиепаровыхпробоквсистеме питания.Применениебензиновсвысокимсодержаниемнизкокипящих фракций, кроме образования паровых пробок, может сопровождаться обледенением карбюратора, а также увеличением потерь бензина при хранении и транспортировании. Таким образом, требования к содержанию низкокипящих фракций в бензине противоречивы. С позиции пусковых свойств бензинов желательно иметь большее содержание, ас точкизрения образованияпаровых пробок –предпочтительномень- шее содержание легкокипящих фракций. Оптимальное содержание их зависит от климатических условий эксплуатации автомобиля. Для территории бывшего СССР стандартом предусмотрена выработка автобензинов зимнего и летнего сортов (tН.К. для летнего вида составляет

35°С, а t10% для летнего – 70°С и для зимнего бензина – 55°С). Температуру перегонки 50% бензина лимитируют, исходя из требований

кприемистостидвигателя(т.е.способностиобеспечитьбыстрыйразгон до требуемой скорости автомобиля) и времени его прогрева.

Экономичность работы двигателя и износ его деталей связывают с температурой перегонки 90% бензина с температурой конца его кипения.Привысокихзначенияхэтихпоказателейтяжелыефракциибензина не испаряются, поступают в картер двигателя и разжижают смазку. Из-за снижения температуры 90% отгона и конца кипения улучшаются эксплуатационные свойства бензинов, но при этом сокращаются их ресурсы.

Химическая стабильность бензинов определяет способность противостоять химическим изменениям в процессах хранения, транспортирования и длительной их эксплуатации. Для оценки химической стабильности нормируют следующие показатели: содержание фактических смол и индукционный период. О химической стабильности бензинов можно судить по содержанию в них реакционноспособных непредельных углеводородов или по иодному и бромному числам.

46

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Непредельные углеводороды, особенно диолефиновые, при хранении

вприсутствии воздуха окисляются с образованием высокомолекулярных смолоподобных веществ. Наихудшей химической стабильностью обладают бензины термодеструктивных процессов – термокрекинга, висбрекинга, коксования и пиролиза, а наилучшей – бензины каталитического риформинга, алкилирования, изомеризации, гидрокрекинга и прямой гонки. Повышение химической стабильности бензиновых фракций достигается следующими способами:

– облагораживанием бензинов:

– введением специальных антиокислительных присадок. Облагораживание бензинов термодеструктивных процессов воз-

можно осуществить следующими способами:

– олигомеризационной очисткой (термической, каталитической или акустической) с последующей гидроочисткой и каталитическим риформированием;

– каталитическим крекингом нестабильных бензинов в смеси с вакуумными газойлями:

– непосредственнойспециальнойгидроочисткой (в смеси с прямогоннымифракциямиилисподачейингибиторовокисления)споследующим каталитическим риформированием или изомеризацией и т.д. Достаточно эффективным и экономичным способом повышения химической стабильности бензинов является введение специальных антиокислительных присадок (ФЧ-16, ионол и др.). Антиокислительные присадки кроме предотвращения окисления алкенов весьма эф-

фективны и в стабилизации свинцовых антидетонаторов. Коррозионная активность бензинов обусловливается наличием

вних неуглеводородных примесей, в первую очередь сернистых и кислородных соединений и водорастворимых кислот и щелочей. При квалификационныхиспытанияхонаоцениваетсякислотностью,общим содержанием серы, содержанием меркаптановой серы, испытанием на медной пластинке и содержанием водорастворимых кислот и щелочей. Из них более чувствительной и характеризующей действительную коррозионную активность бензинов является проба на медную пластинку. Содержание так называемой меркаптановой серы в товарных бензинах не должно превышать 0,01%. При ее большем содержании бензиныследуетподвергатьдемеркаптанизации(щелочнаяэкстракция икаталитическаярегенерациярастворамеркаптиданатриякислородом воздуха).

Втехнических условиях на автомобильные бензины регламентируется только общее содержание серы.

47

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Таблица 1.4 –	Характеристика
	неэтилированных автомобильных бензинов
Показатель		А-72	А-76	АИ-91	АИ-93		АИ-95
Октановое число, не менее:
моторный метод							85
		72	76	82,5	85
исследовательский		Не нормируется		91	93		95
метод
Фракционный состав:
Температура начала пере-
гонки, °С, не ниже:
летнего							30
		35	35	35	35
зимнего			Не нормируется
Перегоняется при температу-
ре, °С, не выше:
10% бензина:	летнего						75
		70	70	70	70
	зимнего						55
		55	55	55	55
50% бензина:	летнего						120
		115	115	115	115
	зимнего						105
		100	100	100	100
90% бензина:	летнего						180
		180	180	180	180
	зимнего						160
		160	160	160	160
Конец кипения бензина, °С,
не выше:
летнего							205
		195	195	205	205
зимнего							195
		185	185	195	195
Остаток в колбе,%, не более		1,5	1,5	1,5	1,5		1,5
Давление насыщенных паров
бензина, кПа, не более:
летнего		66,7	66,7	66,7	66,7		66,7
зимнего
		66,7…93,3	66,7…93,3	66,7…93,3	66,7…93,3	66,7…93,3
Кислотность, мг КОН/100 см3,
не более:		3,0	1,0	3,0	0,8		2,0
Содержание фактических
смол, мг /100 см3, не более:
на месте производства		5,0	5,0	5,0	5,0		5,0
на месте потребления							10,0
		10,0	10,0	10,0	10,0
Индукционный период на
месте производства бензина,
мин, не менее		600	1200	900	1200		900
Массовая доля серы,%,		0,10	0,10	0,10	0,10		0,10
не более
Цвет				Желтый

48

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

В настоящее время в России производят автобензины:

—по ГОСТ 2084–77: А-72, А-76, АИ-91, АИ-93 и АИ-95 (табл. 1.4);

—по ГОСТ Р 51105–97: Нормаль-80, Регуляр-91, Премиум-95 и Су-

пер-98 (табл. 1.5);

—по ГОСТ Р 51866 (EN–228): бензин-регуляр и премиальный бензин

(табл. 1.6).

По техническим условиям выпускаются:

–бензины для экспорта А-80, А-92, АИ-96, АИ-98;

–бензинысмарганцевымиантидетонаторамиНормаль-80иРегуляр-91;

–бензины для зарубежных автомобилей Премиум-95 и Супер-98;

–неэтилированные бензины с улучшенными экологическими показателями (с содержанием бензола не более 3%) АИ-80 эк, АИ-93 эк, АИ-98 и др.

Таблица 1.5 – Нормы и требования к качеству

автомобильных бензинов по ГОСТ Р 51105–97

	Показатель	Нормаль-80	Регуляр-91	Премиум-95	Супер-98
	Октановое число, не менее:
	моторный метод
		76,0	82,5	85,0	88,0
	исследовательский метод
		80,0	91,0	95,0	98,0
	Содержание свинца, г/дм3,	0,010	0,010	0,010	0,010
	не более
	Содержание марганца, мг/дм3,	50	18
	не более
	Содержание фактических смол,	5,0	5,0	5,0	5,0
	мг/100 см3, не более
	Индукционный период бензина,	360	360	360	360
	мин, не менее
	Массовая доля серы, %,	0,05	0,05	0,05	0,05
	не более
	Объемная доля бензола, %,	5	5	5	5
	не более
	Испытание на медной пластине		Выдерживает
	Внешний вид		Чистый, прозрачный
	Плотность при 15 °С, кг/м3	700...750	725...780	725...780	725...780

Впорядке испытаний в некоторых регионах производят бензины

сферроценовым антидетонатором. В большинстве стран мира, как правило, выпускают два copтa автобензина: регулярный с ОЧИМ 85...86 и премиальный с ОЧИМ не ниже 97, а также в небольшом объеме высокооктановый SUPER с ОЧИМ > 100.

49

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Таблица 1.6 – Требования к автомобильным бензинам

по ГОСТ Р 51866 (EN–222–99)

		Бензин-регу-	Премиальный
			бензин
	Показатель	ляр (Регуляр
			(Премиум Евро-95
		Евро-92)
			и Супер Евро-98)
	Октановое число, не менее:
	моторный метод
		83	85
	исследовательский метод
		92	95
	Содержание свинца, мг/л, не более	5	5
	Плотность при 15 °С, кг/м3, не более	720...775	720...775
	Содержание серы, мг/кг, не более	150	150
	Фактические смолы, мг/100 см3, не более	5	5
	Период индукции, мин, не более	360	360
	Коррозия меди (3 ч при 50 °С)	Класс 1	Класс 1
	Содержание, % не более:
	олефинов
		21	18
	аренов
		42	42
	бензола
		1,0	1,0
	кислорода
		2,7	2,7
	Содержание оксигенатов, %:
	метанол
		3	3
	этанол
		5	5
	изопропанол
		10	10
	изобутанол
		10	10
	трет-бутанол
		7	7
	эфиры с числом атомов С5 и более
		15	15
	другие	10	10

В последние годы в США и западно-европейских странах начали выпускать более экологичные неэтилированные автобензины с ограниченным содержанием суммарной ароматики (менее 25%), бензола (менее 1%), олефинов (менее 6,5%) и серы (менее 0,01%), так называемые реформулированные бензины.

Авиационныебензинывыпускают двух марок: Б-91/115 и Б-95/130 (табл. 1.7). Они отличаются от автобензинов главным образом по содержанию ТЭС, давлению насыщенных паров и дополнительными требованиями на некоторые другие показатели их качества.

50

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Таблица 1.7 – Требования к качеству авиационных бензинов

по ГОСТ 1012–72

Показатель	Б-95/130	Б-91/115
Детонационная стойкость, ОЧММ, не менее	95	91
Сортность, не менее	130	115
Содержание ТЭС, г/кг, не более	3,1	2,5
Удельная низшая теплота сгорания:
кДж/кг, не менее
	42947	42947
ккал/кг, не менее
	10250	10250
Фракционный состав, температура, °С:
начало кипения, не ниже
	40	40
10 %, не выше
	82	82
50 %, не выше
	105	105
90 %, не выше
	145	145
97,5 %, не выше
	180	180
Остаток, %, не более	1,5	1,5
Давление насыщенных паров, кПа (мм рт. ст.)
не менее
	33,3 (250)	29,3 (220)
не более
	45,4 (340)	48 (360)
Кислотность, мг КОН/100 мл, не более	0,3	0,3
Температура начала кристаллизации, °С, не выше	–60	–60
Иодное число, г, I2/100 г, не более	6	2
Содержание фактических смол, мг/100 мл, не более	4	3
Содержание, %, не более:
серы
	0,03	0,03
аренов
	35	35
Период стабильности, ч, не менее	12	12
Цвет	Желтый	Зеленый

1.3.2. Дизельные топлива

По частоте вращения коленчатого вала различают быстроходные (с числом оборотов коленчатого вала более 1000 мин–1) и тихоходные дизели. Степень быстроходности в значительной мере определяет требованияккачествутоплива.Значительнаячастьгрузовыхавтомобилей и сельскохозяйственной техники в настоящее время оснащены быстроходными дизелями, а суда речного и морского флота, а также стационарные силовые установки – преимущественно тихоходными.

51

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

По сравнению с бензиновыми дизельные двигатели имеют следующие преимущества:

–на 30…35% меньше расходуют более дешевое топливо;

–средняя температура рабочего цикла в дизеле ниже, что облегчает его охлаждение;

–применениевдизелях более тяжелогопосравнению сбензиномтоплива обеспечивает пожарную безопасность, облегчает его транспортирование и хранение;

–допускают большие перегрузки и отличаются большей устойчивостью в работе;

–выхлопные газы менее токсичны;

–за счет значительно меньшего времени контакта топлива с воздухом (топливо в дизеле впрыскивается только к концу такта сжатия) полностью устраняется опасность возникновения детонационного сгорания;

–практически неограниченная возможность обеднения горючей смеси, что позволяет изменять мощность дизеля только путем регулирования подачи топлива при постоянном расходе воздуха;

–возможность использования топлив с различной испаряемостью: среднедистиллятных, утяжеленных, а при определенных условиях и легких, типа бензина и керосина.

Кнедостаткамдизелейследуетотнестиихбольшуюудельнуюмассу, меньшую быстроходность и большую затрудненность в зимних условиях запуска.

Кнаиболееважнымпоказателямкачестватопливдлябыстроходных дизелей относятся: воспламеняемость, испаряемость, вязкость, коррозионная активность, низкотемпературные и экологические свойства.

Воспламеняемостьхарактеризуетспособностьдизельноготоплива

ксамовоспламенению в среде разогретого от адиабатического сжатия в цилиндре двигателя воздуха.

Было установлено, что конструктивные и эксплуатационные факторы, которые способствуют повышению температуры и давления воздуха, быстрому и интенсивному перемешиванию его с топливом в цилиндре двигателя, улучшают воспламеняемость и тем самым процесс сгорания топлива и делают работу дизеля мягкой и экономичной. Положительное влияние на работу дизеля оказывают:

– повышение степени сжатия;

– увеличение числа оборотов коленчатого вала;

– применение для изготовления блока цилиндров материала с низкой теплопроводностью, например чугуна;

– применение топлив с оптимальной воспламеняемостью.

52

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Работу дизеля ухудшают повышение влажности воздуха и низкие температуры окружающего воздуха.

Определениевоспламеняемостидизельныхтопливпроизводитсяна специальной установке со стандартным одноцилиндровым двигателем ИТ9-3 и заключается в сравнении испытуемого топлива с эталонными топливами. Мерой воспламеняемости дизельных топлив принято считать цетановое число (ЦЧ). В качестве эталонных топлив применяют цетан (н-гексадекан С16Н34), имеющий малый период задержки самовоспламенения (ПЗВ), и его воспламеняемость принята за 100 единиц ЦЧ, и α-метилнафталин, имеющий большой ПЗВ, и его воспламеняемость принята за 0.

Цетановое число – показатель воспламеняемости дизельного топлива, численно равный процентному содержанию цетана в смеси с α-метилнафталином, которая по самовоспламеняемости в стандартном двигателе эквивалентна испытуемому топливу.

Кдизельнымтопливамнепредъявляютсястольвысокиетребования по детонационной стойкости в сравнении с автобензинами. Товарные дизельные топлива должны иметь ЦЧ в определенных оптимальных пределах.ПрименениетопливсЦЧменее40приводиткжесткойработе дизеля и ухудшению пусковых свойств топлива. Повышение ЦЧ выше 50 также нецелесообразно, так как возрастает удельный расход топлива в результате уменьшения полноты сгорания. Цетановое число дизельного топлива существенно зависит от его фракционного и химического состава. Алканы нормального строения и олефины имеют самые высокие ЦЧ, а ароматические углеводороды – наоборот, самые низкие ЦЧ. Цетановые числа высококипящих фракций нефти, как правило, выше ЦЧ низкокипящих.

ВГОСТахмногихстранмира,вт.ч.бывшегоСССР,цетановыечисла дизельных топлив нормируются в пределах 40…55. При необходимости повышения ЦЧ товарных дизельных топлив, на практике применяют специальные присадки, улучшающие воспламеняемость топлив, такие, как алкилнитраты (изопропил-, амилили циклогексилнитраты и их смеси). Их добавляют к топливу не более 1% мас., преимущественно к зимним и арктическим сортам, а также топливам низкоцетановым, получаемым, например, на базе газойлей каталитического крекинга. Кроме повышения ЦЧ (на 10…12 единиц), присадка позволяет улучшить пусковые характеристики при низкой температуре и уменьшить нагарообразование. Добавление 1,5…2% мас. циклогексилнитрата, например,кэтилированномуавтобензинупозволяетиспользоватьегокак топливо для быстроходных дизелей.

53