Екологічні аспекти утилізації автопокришок

При необхідності одержання детальних  зведень про дану нафту її дослідження  може бути значно розширено. У цьому  випадку, крім оцінки фізико-хімічних характеристик нафти, варто проводити:

1. виділення розчиненого в нафті газу і його повний аналіз;

2. установлення групового вуглеводного складу нафти;

3. побудова кривих розгонок з метою встановлення щирого змісту різних фракцій;

4. виділення шляхом атмосферно-вакуумної перегонки товарних продуктів (бензину, гасу, палива Т-1, дизельного палива, дистилятних і залишкових олій) і їхню оцінку по найголовнішим специфічним для них показникам;

5. виділення і характеристику широких фракцій для вторинної переробки і залишків різної глибини добору (мазутів, бітумів).

 

 

3.2 Визначення фракційного складу  нафти

 

Фракціонуванням називається поділ  складної суміші компонентів на суміші більш простого складу або, у межі, на індивідуальні складові. Стосовно до нафти такий поділ можна проводити різними методами, заснованими на розходженнях у фізико-хімічних властивостях речовин нафти: температурах кипіння (перегонка і ректифікація), швидкостях випару, що залежать головним чином від молекулярної маси (молекулярна перегонка, тонкошарове випар), схильності до адсорбції на різних пористих тілах (хроматографія), розчинності в різних розчинниках (екстракція), температурах плавлення (кристалізація з розчинів) і ін.

 

 

 

 

 

3.3 Визначення фракційного складу  нафтопродуктів розгонкою у стандартних апаратах

 

У ДСТах на нафтове паливо і бензини для промислово-технічних цілей у розділі "технічні вимоги" одним з показників є фракційний склад, що визначається в стандартних апаратах. Звичайно для карбюраторних і реактивних палив нормуються: температура початку кипіння; температури, при яких відганяється 10, 50 і 90% від завантаження. Крім того, нормується температура, при якій відганяється 97,5% для авіаційних бензинів і бензинів-розчинників; 98% для реактивних палив; 96% для дизельних палив, і температура кінця кипіння автомобільних бензинів.

Фракційний склад моторних палив  має дуже важливе експлуатаційне значення, тому що характеризує їхня випаровуваність  у двигунах і тиск пар при різних температурах і тисках. Паливо для  двигунів із запалюванням від іскри повинне мати таку випаровуваність, що забезпечила б легкий запуск двигуна при низьких температурах, швидкий прогрів двигуна, його гарну приемистость до змін режиму і рівномірний розподіл палива по циліндрах. Паливо для повітряно-реактивних двигунів повинне бути утяжеленного фракційного складу (порядку 150-280⁰С) для забезпечення надійної роботи системи подачі палива на великих висотах без утворення парових пробок. Разом з тим паливо повинне відрізнятися гарною випаровуваністю в камері згоряння і повнотою згоряння.

Фракційний склад дизельного палива також дуже впливає  на швидкість  його випару й утворення суміші з  повітрям після упорскування. Однак  полегшення фракційного складу погіршує воспламенительные властивості  дизельного палива. Хоча умови випару палива в двигунах різко відрізняються від умов перегонки в стандартному апараті, при іспитах різних палив у дорожніх і літніх умовах був знайдений визначений зв'язок між нормованими температурами в умовах стандартної розгонки і поводженням палива в двигуні. Це і дає можливість установлювати необхідні вимоги до фракційного складу палив, призначених для різних двигунів.

Пояснимо для приклада значення нормованих температур при розгонці автомобільних і авіаційних бензинів.

Температура початку кипіння й  особливо температура википан 10% палива t10 характеризує пускові властивості палива. Чим нижче ця температура, тим, отже, більше в паливі легко летючих речовин і тем легше і при більш низькій температурі можна запустити холодний двигун. Однак надмірне полегшення фракційного складу, особливо для авіаційних палив, неприпустимо, тому що приводить до утворення газових пробок у топливоподающей системі і припиненню подачі палива в камеру згоряння. Тому температура початку кипіння нормується завжди не нижче визначеного значення.

Температура википання 50% палива t50 впливає на швидкість прогріву запущеного на ходу двигуна і на витрату палива для цієї мети. Зі зниженням t50 прогрівши прискорюється, а витрата палива на нього знижується; значно поліпшується також приемистость двигуна, тобто  легкість переходу його з одного режиму на іншій, що особливо важливо для автомобільних двигунів в умовах міського транспорту. Але і надмірне зменшення t50 також небажано, оскільки при випарі легко летючих речовин температура істотно знижується і це може викликати зледеніння карбюратора навіть при температурах вище 100С.

Не менше значення має і повнота  випару палива, що за даними стандартної розгонки добре характеризується температурами википання 90, 96-98% палива і кінця кипіння. При підвищенні цих температур зменшується повнота випару палива, що спричиняє нерівномірність його розподілу по циліндрах двигуна, розрідження змащення, збільшення витрати палива й олії.

Визначення фракційного складу авіаційних і автомобільних бензинів, палив для реактивних двигунів, дизельного палива проводять в апараті, представленому на рисунку 3.1.

 

1 – колба;

2 – термометр;

3 – трубка холодильника;

4 – патрубок для введення і виводу води;

5 – ванна холодильника;

6 – патрубок для введення  і виводу води;

7 – мірний циліндр;

8 – азбестова прокладка;

9 – кожух.

 

Рисунок 3.1 Стандартний  апарат для розгонки нафтопродуктів

 

Для одержання гарної збіжності  результатів перегонки досить важливо  точно дотримуватись усіх вказівок стандартної методики і застосовувати стандартну апаратуру.

Враховуючи те, що нафтопродукти іноді містять воду, те перед перегонкою її необхідно видалити відстоєм. Для остаточної осушки легкого дизельного палива його збовтують зі свежепрокаленным і здрібненим сульфатом натрію або гранульованим хлоридом кальцію, після чого фільтрують. Важкі палива для осушки нагрівають до 50⁰ С и фільтрують кілька разів через шар крупнокристалічної свежепрокаленной повареної солі.

 

 

3.4 Проведення розгонки

 

У чисту колбу 1 діаметром 70 мм за допомогою  мірного циліндра 7 наливають 100 мл випробуваного нафтопродукту, що має температуру 20 ±3⁰С. Потім у шийку колби вставляють на добре пригнаній пробці термометр 2 із градировкою від 0 до 360⁰ С. При цьому вісь термометра повинна збігатися з віссю шийки колби, а верх ртутної кульки знаходиться на рівні нижнього краю відвідної трубки в місці її припою. Протирають трубку холодильника 3 і з'єднують з нею відвідну трубку колби за допомогою пробки. Відвідна трубка колби повинна входити в трубку холодильника на 25-40мм і не торкатися її стінок.[15]

При розгонці бензинів вану холодильника заповнюють льодом і заливають водою, підтримуючи температуру від 0 до 5⁰С. При розгонці нафтопродуктів з більш високими температурами кипіння охолодження проводять проточною водою, подаючи її через нижній патрубок і відводячи через верхній. Температура води, що відходить, не повинна перевищувати 30⁰С.

У зібраному приладі  колба повинна стояти на азбестовій прокладці 8 нижньої половини кожуха строго вертикально (при перегонці бензинів і розчинників застосовується прокладка внутрішнім діаметром 30мм, а при перегонці керосинів і легкого дизельного палива - діаметром 50мм). Потім закривають колбу верхньою частиною кожуха 9. Мірний циліндр, не висушуючи, ставлять під нижній кінець трубки холодильника так, щоб трубка холодильника входила в циліндр не менш чим на 25мм, але не нижче мітки 100 мл. При перегонці важких палив ставлять чистий і сухий циліндр. При перегонці бензинів мірний циліндр поміщають у скляну посудину з водою і, щоб він не спливав, на його підставу кладуть подковообразный вантаж. Отвір циліндра закривають ватою або фільтрувальним папером. Записують барометричний тиск. Після зборки приладу колбу рівномірно нагрівають газовим пальником з регулятором або електронагрівачем із плавним регулюванням потужності. Нафтопродукт випаровується, конденсується в холодильнику і надходить у мірний циліндр. Для дотримання стандартних умов розгонки необхідно регулювати обігрів таким чином, щоб від початку обігріву до падіння першої краплі дистиляту в приймач пройшло не менш 5 і не більш 10 хвилин (для керосинів і легких дизельних палив 10-15 хвилин).

Температуру, при  якій у мірний циліндр падає перша  крапля, відзначають як температура початку кипіння. Подальша інтенсивність нагрівання повинна забезпечувати рівномірну швидкість перегонки з добором 4-5 мл дистиляту в 1 хвилину, що приблизно відповідає 20-25 краплям у 10 секунд. Записи результатів визначення фракційного складу проводять відповідно до технічних умов на даний нафтопродукт: або відзначають температури, при яких рівень рідини в прийомному циліндрі відповідає 10, 50, 90, 97,5 або 98% відгону, або, навпаки, відзначають кількість відгону при визначених нормованих температурах (наприклад, 100, 200, 260, 270⁰С). У разі потреби відзначають також температуру кінця кипіння.

Розгонку нафти і важких темних нафтопродуктів проводять в аналогічному апараті. Ці речовини наливають у перегінну колбу тієї ж конфігурації, але з діаметром 85 мм. Під час перегонки відзначають температуру початку кипіння й обсяги конденсатів при 100, 120, 150, 160⁰С й далі - через кожні 20⁰С до 300⁰С.

Після відгону 90% нафтопродукту нагрівання регулюють так, щоб до кінця розгонки, тобто до вимикання нагрівання, пройшло від 3 до 5 хвилин. При розгонці керосинів і легкого дизельного палива після одержання 95% відгону нагрів не підсилюють, але відзначають час до кінця розгонки - воно не повинно перевищувати 3 хвилин. Обігрів виключають у той момент, коли в мірному циліндрі обсяг стане рівним вищій нормованій кількості відгону (97,5%, 98% тощо) для даного нафтопродукту. Якщо ж нормується температура кінця кипіння, то нагрівання ведуть доти, поки ртутний стовпчик термометра не зупиниться на деякій висоті, а після цього не почне опускатися.

Запис останнього обсягу дистиляту  в мірному циліндрі проводять після закінчення 5 хвилин після припинення нагрівання, щоб дистилят стік з холодильника. Для визначення обсягу залишку прилад розбирають і гарячий залишок виливають у циліндр місткістю 10 мл. Після охолодження до 20±3⁰С відзначають обсяг залишку. Всі відліки при розгонці ведуть з точністю до 0,5 мл і до 100⁰С. Різниця між 100 мл і сумою обсягів дистиляту і залишку записують як втрати при розгонці.

Якщо розгонка ведеться при барометричному тиску вище 102,4 кПа або нижче 99,8 кПа, то в показання термометра уводять виправлення за формулою:

 

C=0,0009·(101,3-p) (273+t)                                                  (3.1),

 

де: p - барометричний тиск під час розгонки, кПа;

      t - показання термометра, ⁰С.

У ДСТах мається таблиця виправлень на барометричний тиск.

Для двох рівнобіжних розгонок допускаються наступні розбіжності: для температури початку розгонки 4⁰С; для кінцевих і проміжних крапок фракційного складу 2⁰ С и 1 мл; для залишку 0,2 мл.

Визначення фракційного складу важких дизельних палив і інших  темних нафтопродуктів проводять у тім же апараті, але з застосуванням азбестової прокладки з відповідним внутрішнім фасонним отвором. Інтенсивність первісного нагрівання колби при розгонці важких нафтопродуктів повинна бути така, щоб крапля з кінця холодильника упала не раніше чим через 10 хвилин і не пізніше, ніж через 20 хвилин від початку нагрівання, а швидкість відгону перших 8 - 10 мл була 2 - 3 мл/хв. Надалі добір дистиляту ведуть зі швидкістю 4 - 5 мл/хв.

Під час розгонки палив з температурою застигання вище „мінус” 5⁰С швидкість подачі води в холодильник регулюють так, щоб температура води, що відходить з холодильника, при розгонці до 250⁰ С була в межах 30 – 40⁰С, а після 250⁰ С - у межах 60 – 75⁰С. Якщо ця умова порушиться, то високо плавкі парафіни, що входять до складу продукту, що перегоняється, можуть відкластися в трубці холодильника. В іншому розгонку і визначення фракційного складу ведуть, як описано вище.

Для періодичного контролю фракційного  складу світлих нафтопродуктів використовують також автоматичний апарат для розгонки ЛАВС. ЛАВС зібраний з тих же основних частин, що і стандартний апарат, представлений на рисунку 3.1. Однак нагрівання та регулювання швидкості розгонки в цьому приладі цілком автоматизовані, а фіксація результатів здійснюється  самописним пристроєм, що реєструє, за допомогою якого на картограмі записується крива розгонки в координатах температура - обсяг дистиляту. При обслуговуванні цього приладу лаборантові необхідно тільки залити в апарат аналізований нафтопродукт, а наприкінці аналізу звільнити приймач від дистиляту. Всі інші операції здійснюються автоматично.

Прискорене проведення розгонки нафтопродуктів можна здійснити в лабораторному автоматичному аналізаторі фракційного складу, причому для розгонки використовується не більш 3 мл нафтопродукти.[3]

 

 

3.5 Методи поділу нафтових сумішей

 

Сучасні методи для визначення складу нафти і нафтопродуктів можна розділити на чотири основних групи: термічні, адсорбційні, спектральні, хімічні. Їхня класифікація, загальні принципи здійснення і призначення представлені на рисунку 3.2.

 

 

Рисунок 3.2 - Класифікація методів аналізу складу нафти і нафтопродуктів

 

У наступному розділі  роботи ми визначали фракційний склад піролізної рідини за наведеною методикою [15]. Як відомо, необхідно визначити відсоток випарованої частини рідини при температурі від 160 до 400⁰С.Результати експериментів приведено в четвертому розділі.