МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Тюменский государственный нефтегазовый университет»
Институт Геологии и Нефтегазодобычи
Реферат
на тему: «Классификация товарных нефтепродуктов. Классификация и принципы работы тепловых двигателей»
Выполнил: студент гр. БТП-08
Носкова А.А
Проверил: Дроголев В.В
Тюмень 2012г
Классификация товарных нефтепродуктов
Нефтеперерабатывающая промышленность вырабатывает исключительно большой ассортимент (более 500 наименований) газообразных, жидких и твердых нефтепродуктов. Требования к ним весьма разнообразны и диктуются постоянно изменяющимися условиями применения или эксплуатации того или иного конкретного нефтепродукта.
В основу классификации товарных нефтепродуктов могут быть положены различные принципы, например, по фазовому составу или способу их производства. Поскольку требования как к объему производства, так и к качеству товаров диктуют их потребители, то принято классифицировать нефтепродукты по их назначению (Рис.1), т. е. по направлению их использования в отраслях народного хозяйства.
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;
реактивное;
Вторую по объему производства ассортиментную группу нефтепродуктов составляют нефтяные масла.
Они подразделяют на:
смазочные
несмазочные .
Смазочные масла предназначены для уменьшения силы трения и снижения износа трущихся поверхностей узлов механизмов и машин.
Они подразделяют на:
Моторные для поршневых и реактивных двигателей.
Трансмиссионные и осевые, предназначенные для смазки автомобильных и тракторных гипоидных трансмиссий (зубчатых передач различных типов) и шеек осей железнодорожных вагонов и тепловозов.
Индустриальные масла предназначены для смазки станков, машин и механизмов различного промышленного оборудования, работающих в разнообразных условиях и с различной скоростью и нагрузкой. По значению вязкости их подразделяют на легкие (швейное, сепараторное, вазелиновое, приборное, веретенное, велосит и др.), средние (для средних режимов скоростей и нагрузок) и тяжелые (для смазки кранов, буровых установок, оборудования мартеновских печей, прокатных станов и др.).
Энергетические масла (турбинные, компрессорные и цилиндровые) — для смазки энергетических установок и машин, работающих в условиях нагрузки, повышенной температуры и воздействия воды, пара и воздуха.
Несмазочные (специальные) масла предназначены не для смазки, а для применения в качестве рабочих жидкостей в тормозных системах, в пароструйных насосах и гидравлических устройствах, в трансформаторах, конденсаторах, маслонаполненных электрокабелях в качестве электроизолирующей среды (трансформаторное, конденсаторное, гидравлическое, вакуумное), а также такие как медицинское, парфюмерное, смазочно-охлаждающие жидкости и др.
Углеродные и вяжущие материалы составляют третью группу товарных нефтепродуктов. Их получают вакуумной перегонкой и окислением остатков перегонки нефти.
Они включают:
Нефтяные коксы,
Битумы,
Нефтяные пеки (связующие, пропитывающие, брикетные, волокнообразующие и специальные).
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 этой группе можно отнести:
Арены (бензол, толуол, ксилолы, нафталин и др.),
Сырье для пиролиза (нефтезаводские и попутные нефтяные газы, прямогонные бензиновые фракции, алкен содержащие газы и др.),
Парафины и церезины. Вырабатываются как жидкие (получаемые карбамидной и адсорбционной депарафинизацией нефтяных дистиллятов), так и твердые (получаемые при депарафинизации масел). Жидкие парафины являются сырьем для получения белкововитаминных концентратов, синтетически жирных кислот и поверхностно-активных веществ.
Растворители.
Индустриальные масла предназначены для смазки станков, машин и механизмов различного промышленного оборудования, работающих в разнообразных условиях и с различной скоростью и нагрузкой. По значению вязкости их подразделяют на легкие (швейное, сепараторное, вазелиновое, приборное, веретенное, велосит и др.), средние (для средних режимов скоростей и нагрузок) и тяжелые (для смазки кранов, буровых установок, оборудования мартеновских печей, прокатных станов и др.). Энергетические масла предназначены для смазки энергетических установок и машин, работающих в условиях нагрузки, повышенной температуры и воздействия воды, пара и воздуха.
Они подразделяют на:
газотурбинные,
котельные и судовые.
Нефтепродукты специального назначения подразделяют на:
Термогазойль (сырье для производства технического углерода).
Консистентные смазки (антифрикционные, защитные и уплотнительные).
Осветительный керосин.
Присадки к топливам и маслам, деэмульгаторы.
Элементная сера.
Водород.
Растворители и др.
Моторное топливо
Нефтяная промышленность выпускает большое количество разнообразных сортов жидкого топлива для ДВС, паровых котлов и промышленных печей. В зависимости от условий, в которых применяется и сгорает топливо, к нему предъявляют специфические требования.
КАРБЮРАТОРНОЕ ТОПЛИВО
В эту группу нефтепродуктов входят все сорта авиационных и автомобильных бензинов, предназначенных для двигателей с зажиганием от искры. К этим бензинам предъявляют принципиально однозначные требования. Однако нормируемые показатели, характеризующие эти требования, по своей величине для разных сортов карбюраторных топлив могут значительно отличаться в зависимости от технической характеристики двигателей, для которых предназначен тот или иной сорт топлива.
К карбюраторным топливам предъявляются следующие основные требования:
Топливо должно обеспечивать работу двигателя на всех режимах без детонации. Поэтому главным показателем для всех карбюраторных топлив является октавное число, а для авиационных бензинов и сортность, характеризующая детонационную стойкость бензина при работе на богатых смесях. Для увеличения детонационной стойкости к авиабензинам и к некоторым автобензином добавляется в определенных количествах антидетонатор – этиловая жидкость.
Фракционный состав топлива должен обеспечивать легкий запуск двигателя и хорошую испаряемость горючего.
Топливо не должно образовывать газовых пробок в топливно – дающей системе авиационных и автомобильных двигателей. Для обеспечения этого требования нормируется высший предел давления насыщенных паров, составляющих 0,048 МПа (360 мм рт. ст.) для авиабензинов и 0,067 МПа (500 мм рт. ст.) для автобензинов при 38 °С.
Топливо должно быть химически стабильным и не содержать смол. Многие сорта карбюраторных топлив получаются смешением фракций прямой гонки крекинг - дистиллятами и поэтому содержат нестойкие ненасыщенные углеводороды. Эти углеводороды окисляются, полимеризуются, и в топливе во время хранения накапливаются смолы. Это резко ухудшает эксплуатационные свойства топлив. Для повышения химической стабильности топлив к ним добавляется нормируемое количество антиокислителя (например, п-оксидифенил-амин).
Химическая стабильность топлив характеризуется длительностью индукционного периода окисления и содержанием фактических смол. Для некоторых бензинов установлена также предельная величина йодного числа.
Для этилированных авиационных бензинов контролируется еще так называемый «период стабильности», который характеризует: устойчивость добавленного к бензину тетраэтилсвинца в условиях ускоренного окисления.
Топливо должно быть нейтральным, не вызывать коррозии деталей двигателя и не содержать активных сернистых соединений. Для обеспечения этих важных требований в технические нормы на карбюраторные топлива введены следующие показатели: кислотность, содержание общей и меркаптановой серы, содержание водорастворимых кислот и щелочей (должны отсутствовать), испытание на медную пластинку.
Авиационные топлива не должны застывать и выделять кристаллы при низких температурах (до —60 °С). Выделение кристаллов углеводородов или воды, которая могла накопиться в топливе вследствие его гигроскопичности, очень опасно, так как это может вызвать засорение топливоподающей системы. Низкотемпературные свойства бензинов контролируются определением температуры начала кристаллизации.
Все карбюраторные топлива не должны содержать воды и механических примесей.
ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО
Дизельное топливо предназначено для быстроходных и тихоходных двигателей с воспламенением от сжатия. Для быстроходных двигателей этого типа применяется дистиллятное топливо широкого фракционного состава (керосино-газойлевые фракции). Оно делится на две подгруппы: топливо дизельное автотракторное и топливо для быстроходных дизелей. Физико-химические свойства и фракционный состав дистиллятного дизельного топлива должны обеспечивать эксплуатационные требования, вытекающие из особенностей работы двигателей дизеля.
Топливо должно бесперебойно подаваться по топливоподающей системе (трубопроводы, фильтры, насосы, форсунки). Поэтому оно должно обладать низкими температурами помутнения и застывания, определенной не слишком высокой вязкостью и не должно содержать твердых примесей и воды. Низкотемпературные свойства и вязкость имеют большое значение и для обеспечения всевозможных товаро - транспортных операций (перекачки, заправки машин и т. п.). Топлива с высокой температурой застывания вообще непригодны для применения в зимних условиях. Ввиду важности этого показателя обе подгруппы топлива для быстроходных дизелей делятся на летние, зимние и специальные сорта, резко отличающиеся друг от друга по температурам застывания (от —60 до —15 °С).
Топливо должно обеспечить хорошее смесеобразование в цилиндре двигателя, т. е. в весьма малое время, порядка тысячных долей секунды, оно должно быть распылено и равномерно распределено в сжатом воздухе. Процесс смесеобразования зависит от системы подачи топлива, от конструкции камеры сгорания, а также от вязкости топлива и в несколько меньшей мере от его фракционного состава.
Топливо должно иметь хорошие воспламенительные свойства, т.е. низкую температуру самовоспламенения и малый период задержки воспламенения. Топливо должно также обеспечить плавное сгорание рабочей смеси.1 Эти качества топлива, как известно, характеризуются цетановым числом, величина которого в пределах 40— 50 единиц нормируется для дистиллятного дизельного топлива.
Топливо не должно давать нагаров на форсунках и в камере сгорания. Нагарообразование замечается при применении топлив, содержащих крекинг-продукты, а также тяжелые остатки. Утяжеление фракционного состава приводит также к неполноте сгорания и задымленности выхлопа, что особенно неприятно в условиях городского транспорта. Нормируемыми показателями, характеризующими эти свойства дизельного топлива, являются: 96%-ная точка фракционного состава, коксуемость топлива, коксуемость 10%-ного остатка, а для автотракторных дизельных топлив, содержащих крекинг-компоненты, — йодное число и содержание фактических смол.
Для тихоходных двигателей с воспламенением от сжатия, применяемых в морском и речном флоте и на различных предприятиях в стационарных условиях, предназначаются более тяжелые сори дизельного топлива. Они изготавливаются из остаточных и диствилятных нефтепродуктов при их смешении, а также из смол, получаемых при термической переработке углей и сланцев. Тихоходные двигатели значительно менее требовательны к качеству топлива, благодаря низкой частоте вращения двигателя и возможности в стационарных условиях компрессорного распыления топлива, его предварительного подогрева, а также очистки от воды и механических примесей.
Вязкость сортов топлива для тихоходных дизелей изменяется от 36 до 60 мм2/с при 50 °С, а температура застывания должна быть в пределах от —5 до + 5 °С. Допускается коксуемость до 3—4% и содержание воды и механических примесей до. 0,1%. Во избежание коррозии и абразивного износа деталей двигателя сероводород, водорастворимые кислоты и щелочи в топливе должны отсутствовать, а его зольность не должна превышать 0,08% .
ТОПЛИВО ДЛЯ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
В качестве топлива для турбокомпрессорных воздушно-реактивных двигателей (ТКВРД) применяются светлые дистилляты прямой гонки и гидрокрекинга.
Различные сорта реактивных топлив значительно отличаются друг от друга по фракционному составу. Так, топливо Т-2 представляет собой широкую бензино - керосиновую фракцию (60—280 °С) авиационные керосины (Т-1, TG-1, РТ) выкипают в пределах (135— 250—280 °С), а утяжеленные топлива для высокоскоростных самолетов (Т-5, Т-6, Т-8) - в пределах 195-315 °С.
К реактивным топливам предъявляются высокие требования' в отношении их бесперебойной подачи в двигатель, термоокислительной стабильности, отсутствия коррозионной агрессивности.
Коррозионная активность этих топлив проверяется испытанием на медную пластинку, которое они должны выдерживать.
Термоокислительная стабильность характеризуется количеством осадка после окисления топлива в статических условиях при 150 °С в течение 4 ч с использованием в качестве катализатора медной пластинки. Определение ведется в приборе ЛСАРТ по ГОСТ 9144—59
или в бомбе для определения индукционного периода бензинов. Количество осадка после окисления не должно превышать 6— 18 мг/100 мл для разных сортов.
С эксплуатационной точки зрения большое значение имеет также образование нагаров в двигателе в процессе сгорания топлива. Отложение нагара вызывает много разнообразных отрицательных последствий, включая снижение эффективности сгорания, эрозию лопаток турбины и даже прогорание камер сгорания. Наиболее ответственны за нагарообразование входящие в состав топлива ароматические моно- и бициклические углеводороды, особенно без боковых парафиновых цепей, в молекулах.
Способность реактивных топлив к нагарообразованию оценивается специальным показателем — высотой некоптящего пламени, измеряемой в миллиметрах. Чем больше высота некоптящего пламени, тем меньше нагарообразующая способность топлива. Этот показатель определяется путем сжигания топлива в стандартной фитильной лампе и по техническим условиям должен быть не менее 20—25 мм.
Сравнительно недавно для некоторых сортов топлива, предназначенных для реактивных двигателей со сверхзвуковой скоростью в частности для РТ (ГОСТ 16564—71) введен новый показатель качества люминометрическое число. Этим показателем оценивается интенсивность излучения пламени испытуемого топлива. Чем большая доля тепловой энергии выделяется топливом при сгорании путем радиации (относительно конвекции и теплопроводности), тем больше стенки камеры сгорания перегреваются, что влечет за собой их коробление и прогорание. Следовательно, от характера пламени в камере сгорания зависит срок службы реактивного двигателя.
Повышенная интенсивность излучения пламени, т. е. его яркость, является следствием появления в газовом потоке раскаленных частиц углерода (сажи или нагара). Исследования показали, что этому способствует наличие в топливе углеводородов с большим отношением С : Η и особенно бициклических ароматических углеводородов.
Для топлив с высоким люминометрическим числом радиация пламени ниже, а эффективность сгорания выше. Такое топливо, очевидно, и менее склонно к нагарообразованию.
Люминометрическое число-реактивного топлива зависит от ряда факторов, среди которых немалое значение имеет химический состав топлива. Наибольшие люминометрические числа характерны для нормальных парафиновых углеводородов, затем идут изопарафины, нафтены, олефины, диолефины и, наконец, ароматические углеводороды. Внутри каждого гомологического ряда величина люминометрического числа убывает по мере увеличения числа атомов углерода в молекуле.
Одним из важнейших требований к топливам для ТКВРД является обеспечение максимальной дальности полета самолета. Это требование связано и с большими удельными расходами топлива.
Высокая теплота сгорания топлива позволяет снизить его удельный расход, а единовременная загрузка баков самолета будет тем больше, чем выше плотность топлива. Поэтому для реактивных топлив нормируется также плотность, а основной энергетической характеристикой их является низшая теплота сгорания, которая должна быть не менее 42 915—43 125 кДж/кг (10 250—10 300 ккал/кг) для разных ; сортов. . ·
Учитывая несколько меньшую теплоту сгорания (на единицу массы) ароматических углеводородов по сравнению с нафтенами и парафинами, а также их повышенную склонность к дымлению при сгорании и к образованию нагаров, содержание этих углеводородов по техническим условиям ограничивается 10—22% для разных сортов.
КОТЕЛЬНОЕ И ГАЗОТУРБИННОЕ ТОПЛИВО
В группу котельных топлив включены мазуты различной вязкости и различного происхождения. Они предназначены для использования в качестве горючего для котельных установок и промышленных печей. В последнее время мазуты стали применять как топливо и в газовых турбинах. Во всех случаях применения котельное топливо подается в зону горения и распыляется при помощи форсунок. В качестве котельного топлива используют мазуты прямой гонки нефти, крекинг-мазуты и их смеси, а также в небольшом количестве продукты термической переработки сланцев и каменного угля.
Товарные сорта котельного топлива объединяются в две группы по областям применения: мазут флотский — для котлов морских и речных судов и топливо нефтяное (мазут) — для стационарных котельных установок И промышленных печей. Внутри каждой группы мазуты маркируются по величине вязкости, которая изменяется в широких пределах, примерно от 2,5 до 15,5 градусов условной вязкости при 80 °С.
Вязкость котельного топлива определяет возможность и условия его транспортирования, перекачки и распыления форсунками. В связи с высокой вязкостью и высокой температурой застывания мазутов большинство операций с ними проводят при подогреве. В зависимости от условий эксплуатации, типа применяемых форсунок и возможностей подогрева выбирают ту или иную марку котельного топлива.
Основное преимущество жидкого нефтяного топлива перед твердым заключается в его высокой теплоте сгорания. Это важное эксплуатационное свойство нормируется для всех марок мазутов. Все мазуты содержат значительное количество серы. Во флотских мазутах допускается наличие не более 0,8—2% серы. Нефтяное топливо делится на малосернистые (до 0,5%), сернистые (до 1,0%) и высокосернистые (до 3,5% серы) марки. Следует отметить, что сернистые соединения, входящие в состав мазутов, мало активны и с точки зрения коррозии не представляют большой опасности. Однако дымовые газы от сжигания сернистых мазутов содержат S02 и SOs и могут вызывать отравления, а при наличии влажности становятся коррозионно-агрессивными.
Важной технической характеристикой мазутов является температура застывания. Благодаря высокой вязкости остаточных нефтепродуктов -и присутствию в них твердых углеводородов и смол топочные мазуты застывают при температуре выше О °С (от 5 до 35 °С для разных марок). Эта константа определяет условие применения данного сорта топлива.
Во время транспортировки и при разогреве острым паром мазуты сильно обводняются. Наличие воды ухудшает процесс сгорания топлива, снижает к. п. д. установки, приводит к отложению солей и усиливает коррозию, особенно в случае применения сернистых марок мазута. Нормами допускается содержание воды не более 1—2%. В котельном топливе нормируется также содержание механических примесей, которые могут нарушить работу форсунок; температура вспышки, характеризующая пожарную безопасность топлива; зольность и содержание водорастворимых кислот и щелочей (должны отсутствовать).
В качестве топлива для газовых турбин могут применяться самые разнообразие нефтяные продукты от газов до тяжелых остатков. Чаще всего используются различные газойлевые фракции и мазуты. Специфическим требованием к жидким газотурбинным топливам является почти полное отсутствие ванадия, который крайне коррозионно-агрессивен к металлу лопаток газовых турбин. По техническим нормам содержание ванадия не должно превышать 0,0003— 0,0007%.
ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ КЕРОСИНЫ
Осветительные керосины предназначены для сжигания в лампах и в бытовых нагревательных приборах.
Керосин должен легко подниматься по фитилю, гореть ярким белым ровным пламенем и не давать копоти и нагара. Для удовлетворения этих требований керосины готовят из дистиллятов прямой гонки и подвергают очистке. Качество очистки контролируют определением цвета и высоты некоптящего пламени керосина. Для керосина нормируются также: отсутствие воды, механических примесей, водорастворимых кислот и щелочей; кислотность; зольность; содержание серы; температура помутнения; температура вспышки; плотность и фракционный состав.
Марки осветительных керосинов (КО-20, КО-22, КО-25, КО-30) отличаются друг от друга в основном по высоте некоптящего пламени (от 20 до 30 мм) и соответственно по плотности (от 0,830 до 0,790 г/мл). Утяжеленный керосин (пиронафт) с температурой вспышки 90°С предназначен для ламп, применяемых в огнеопасных помещениях.
БЕНЗИНЫ-РАСТВОРИТЕЛИ
Для резиновой, лакокрасочной, жировой промышленности и для других потребителей выпускаются прямогонные бензины-растворители различного фракционного состава в зависимости от области
применения. Помимо фракционного состава для них нормируются \ показатели, указывающие на чистоту этих растворителей: отсутствие тетраэтилсвинца, воды, механических примесей, водорастворимых кислот и щелочей, минимальное йодное число, содержание фактических смол, содержание серы и кислотность. Кроме того, строго нормируется содержание ароматических углеводородов ввиду большей токсичности их по сравнению с алканами и цикланами. Специфическим для растворителей свойством является скорость их улетучивания. Это свойство для уайт-спирита (растворитель для лакокрасочной промышленности) контролируется скоростью улетучивания по ксилолу, которая должна быть в 3—4,5 раза больше, чем у ксилола, а для растворителя, применяемого в резиновой промышленности, бензина БР-1 («галоша») — испытанием на образование масляного пятна, которое проводится с остатками от перегонки.
В РФ систему классификации нефтепродуктов и смазочных материалов определяет ГОСТ 28576-90 (ИСО 8681-86)
Таблица Классификация нефтепродуктов и родственных продуктов
Класс |
Продукты |
Класс |
Продукты |
F |
Топлива |
L |
Смазочные материалы, индустриальные масла и родственные продукты |
S |
Растворители и сырье для химической промышленности |
B |
Битумы |
W |
Парафины |
Примеры полного обозначения нефтепродуктов по данной классификации:
ИСО—L—G—68, где
L— класс (смазочные материалы);
G — категория (группа смазочных материалов для направляющих скольжения);
68— число (класс вязкости по ИСО).
ИСО-L—HL—32, где
L — класс (смазочные материалы);
HL — категория (где Н — группа смазочных материалов для
гидравлических систем);
32— число (класс вязкости по ИСО).
ИСО—F—DST—2, где
F — класс (топлива); DST—категория (где D — группа дистиллятных топлив); 2— число (класс обозначения).