Проект реконструкции цеха первичной переработки нефти и получения битума на ОАО «Сургутнефтегаз»

 

Бензины различного химического состава  по-разному относятся к добавке ТЭС, т. е. обладают, как говорят, различной приемистостью к. ТЭС. Приемистость к ТЭС оценивается числом единиц, на которое увеличивается октановое число данного топлива или углеводорода при добавлении определенного количества ТЭС по сравнению с октановым числом этого топлива в чистом виде, т. е. без антидетонатора. Наибольшая приемистость к ТЭС у парафиновых углеводородов нормального строения, наименьшая—у непредельных и ароматических углеводородов.

Изучение детонационной стойкости  индивидуальных углеводородов позволило установить зависимость этого важного свойства от химического строения углеводородов и имело большое значение для подбора и создания различных сортов горючего для разнообразных двигателей.

Выше (табл. 6) приведены октановые числа некоторых индивидуальных углеводородов, определенные по моторному методу (без ТЭС).

Как видно из представленных данных, октановые числа некоторых углеводородов могут оказаться ниже 0 и выше 100. В первом случае это означает, что их ДС ниже, чем у гептана, а во втором — выше, чем у изооктана.

При оценке ДС товарных бензинов и  компонентов, имеющих октановые числа выше 100, в качестве эталонных топлив используют смеси чистого изооктана с различным количеством ТЭС [68].

Для отдельных групп углеводородов, входящих в состав бензинов можно сделать следующие краткие выводы об их ДС.

Алканы нормального строения. Начиная с пентана углеводороды этого ряда характеризуются очень низкими октановыми числами, причем чем выше их молекулярный вес, тем октановые числа ниже. Существует почти линейная зависимость ДС от молекулярного веса.

Алканы разветвленного строения (изопарафины). Разветвление молекул предельного ряда резко повышает их ДС. Так, например, у октана октановое число —20, а у 2,2,4-триметилпентана 100. Наибольшие октановые числа отмечаются для изомеров с парными метильными группами у одного углеродного атома (неогексан, триптан, эталонный изооктан), а также у других триметильных изомеров октана.

Благодаря высоким антидетонационным  свойствам изопарафины С₅—С₈—весьма желательные компоненты бензинов.

Алкены (моноолефины}. Появление двойной связи в молекуле углеводородов нормального строения вызывает значительное повышение ДС по сравнению с соответствующими предельными углеводородами.

Цикланы (нафтеновые углеводороды}. Первые представители рядов циклопентана и циклогексана обладают хорошей ДС; особенно это относится к циклопентану. Их приемистость к ТЭС также достаточно высока. Эти углеводороды являются ценными составными частями бензинов. Наличие боковых цепей нормального строения в молекулах как циклопентановых, так и циклогексановых углеводородов, приводит к снижению их октанового числа. При этом чем длиннее цепь, тем ниже октановые числа. Разветвление боковых цепей и увеличение их количества повышает ДС цикланов.

Ароматические углеводороды. Почти все простейшие ароматические углеводороды ряда бензола имеют октановые числа ~ 100 и выше. Ароматические углеводороды и ароматизированные бензины наряду с разветвленными алканами—лучшие компоненты высокосортных бензинов. Однако содержание ароматических углеводородов в бензинах следует ограничивать примерно до 40—50%. Чрезмерно ароматизованное топливо повышает общую температуру сгорания, что влечет за собой увеличение теплонапряженности двигателя, а также может вызвать так называемое калильное зажигание—самопроизвольное воспламенение рабочей смеси за счет раскаленных частичек нагара. Это очень вредное явление, которое может вызвать аварийное повреждение двигателя.

Итак, основным качественным показателем  карбюраторных топлив является их высокая  детонационная стойкость. Лучшие сорта  автомобильных бензинов должны иметь октановые числа по исследовательскому методу 93—98 пунктов.

Помимо высокой ДС к карбюраторным  топливам предъявляются следующие основные требования.

Фракционный состав топлива должен обеспечивать его хорошую испаряемость, легкий запуск двигателя даже при низких температурах, быстрый прогрев двигателя и хорошую его приемистость к переменам режима. Поэтому важнейшим техническим показателем бензинов и керосинов являются данные стандартной разгонки, при которой отмечают: температуру начала кипения; температуры, при которых отгоняются 10, 50, 90 и 97,5 объемн. % от загрузки; остаток (в %) и иногда конец кипения. 10%-ная точка определяет пусковые свойства топлива, 50%-ная точка быстроту прогрева двигателя, 90%- и 97,5%-ные точки и конец кипения характеризуют полноту испарения и равномерное распределение топлива по цилиндрам [15].

Топливо не должно образовывать газовых  пробок в топливоподающей системе. Для обеспечения этого требования в бензинах контролируется давление насыщенных паров при 38° С, которое не должно превышать 360 мм рт. ст. для авиационных бензинов, 500 мм рт. ст. для летних сортов и 700 мм рт. ст. для зимних сортов автомобильных бензинов.

Топливо должно быть химически стабильным и не содержать смол. Бензины термического крекинга и коксования содержат непредельные углеводороды, склонные при хранении окисляться и полимеризоваться. Этот процесс получил название смолообразования. Выпадение смол резко ухудшает эксплуатационные свойства топлив, способствует отложению нагаров в цилиндрах двигателей и на клапанах. Для повышения химической стабильности топлив вторичного происхождения к ним добавляются антиокислительные присадки (ингибиторы). Применение антиокислителей позволяет значительно затормозить реакции окисления. Это имеет большое практическое значение, так как позволяет увеличить сроки хранения топлив. В качестве антиокислителей предложено очень много разнообразных органических веществ. Среди них фенолы, полифенолы, алкилфенолы, аминофенолы и др. К наиболее распространенным антиокислительным присадкам, добавляемым к бензинам и керосинам, относятся:

• древесно-смольный антиокислитель (ДСА), представляющий собой смесь полифенолов и их диметиловых эфиров; ДСА добавляется к автомобильным бензинам в количестве 0,05—0,15% почти на всех нефтеперерабатывающих заводах СССР;
• ФЧ-16—смесь полифенолов из каменноугольной смолы. Этот ингибитор выпускается с 1968 г. и рекомендуется к применению в количестве 0,05—0,065%;
• синтетические ингибиторы 2,4-диметил-б-трег-бутилфенол (топанол А) (I), 2,6-ди-трег-бутил-4-метилфенол (ионол, топанол 0) (II), п-оксидифениламин (ПОДФА) (III), добавляемые в тысячных и сотых долях процента:

К числу наиболее сильнодействующих  антиокислителей принадлежит также N,N’-ди-втор-бутил-п-фенилендиамин (ФДА):

Механизм действия антиокислителей  в общем виде заключается в  том, что молекулы присадки обрывают цепные реакции окисления.

О химической стабильности топлив судят  либо по содержанию фактических смол (в мг на 100 мл), либо по длительности индукционного периода (в мин).

Индукционным периодом называется время (в мин], в течение которого бензин в условиях испытания в бомбе под давлением 7 кгс/см² кислорода при 100° С практически не поглощает кислорода. Об этом судят по кривой давления кислорода в бомбе во время испытания. По окончании индукционного периода скорость окисления резко возрастает, кислород начинает расходоваться, а давление в бомбе снижаться. Нормами на автомобильные бензины длительность индукционного периода установлена для разных сортов от 450 до 900 мин.

4. Топливо не должно вызывать  коррозии деталей двигателя. Это  контролируют по следующим нормируемым показателям качества: кислотность, общее содержание серы, содержание водорастворимых кислот и щелочей (должны отсутствовать), присутствие активных сернистых соединений (испытание по изменению цвета поверхности медной пластинки).

5. Авиационные топлива не должны  застывать и выделять кристаллы при температуре выше —60° С.

Физико-химические свойства бензинов должны соответствовать требованиям ГОСТ 2084-77, представленным в табл. 7.

 

Физико-химические свойства бензинов. Таблица 7

№ п/п	Наименование  показателей	Значение  для марки							Метод испытания
		А-72	А-76			АИ-93	АИ-95
		а	а		б	а	б	а
		ОКП-02 5112 0401	ОКП-2 5112 0501		ОКП-2 5112 0502	ОКП-2 5112 0601	ОКП-2 5112 0602	ОКП-2 5112 0300
1.	Детонационная стойкость – октановое число:
	по моторному  методу	72	76		76	85	85	85	ГОСТ 511-82
	по исследовательскому методу	не нормируется				93	95	95	ГОСТ 8226-82
2.	Концентрация свинца, г/дм3	0,013		0,013	0,17	0,013	0,37	0,013	ГОСТ 2177-82
3.	Фракционный состав летнего/зимнего:
	начало кипения	35/-		35/-	35/-	35/-	35/-	30/-
	10%	70/55		70/55	70/55	70/55	70/55	75/55
	50%	115/100		115/100	115/100	115/100	115/100	120/100
	90%	180/160		180/160	180/160	180/160	180/160	180/160
	конец кипения	195/185		195/185	195/185	195/185	195/185	205/195
	остаток, %	1,5		1,5	1,5	1,5	1,5	1,5
	остаток и потери, %	4,0		4,0	4,0	4,0	4,0	4,0
4.	Давление насыщенных паров бензина, кПа (мм.рт.ст.):
	летнего	66,7  (500)
	зимнего	66,7-93,3  (500-700)
5.	Кислотность, мг КОН на 100 см3	3,0		1,0	3,0	0,8	3,0	2,0	ГОСТ 11362-76
6.	Концентрация фактических смол, мг на 100 см3 бензина:
	на месте  производства	5,0		3,0	5,0	-	5,0	5,0	ГОСТ 1567-83
	на месте  потребления	10,0		8,0	10,0	5,0	7,0	-
7.	Индукционный период бензина на месте производства, мин	600		1200	900	1200	900	900	ГОСТ 19121-73
8.	Массовая доля серы, %	0,10		0,10	0,10	0,10	0,10	0,10
9.	Испытание на медной пластинке	выдерживает							ГОСТ 6321-92
10.	Водорастворимые кислоты  и щелочи	отсутствие							ГОСТ 6307-75
11.	Механические примеси и вода	отсутствие
12.	Цвет	-		-	желтый	-	оранж	-	визуально
13.	Плотность при 20°С, кг/м3	не нормируется							ГОСТ 3900-85
14.	Тяжелые углеводороды	отсутствие

 

Примечание:

1. Для городов и районов, а также предприятий, где Главным санитарным врачом запрещено применение этилированных бензинов, предназначаются только неэтилированные бензины.
2. Допускается вырабатывать бензин, предназначенный для применения в южных районах, со следующими показателями по фракционному составу:

• 10% перегоняется при температуре не выше 75°С;

• 50% перегоняется при температуре не выше 120°С,

3. Для бензинов, изготовленных с применением компонентов каталитического риформинга, допускается температура конца кипения бензина летнего вида – не выше 205°С, бензина зимнего вида – не выше 195°С.

4. Автомобильные этилированные бензины, предназначенные для экспорта, изготовляют без добавления красителя. Допускается бледно-желтая краска. Концентрация  свинца в них не должна превышать 0,15 г/дм³. Массовая доля меркаптановой серы по ГОСТ 17323-71 – не более 0,001%.

 

Физико-химические показатели, которыми обладает бензиновая фракция получаемая на установке первичной переработки нефти и получения битума представлены в табл. 8.

2. Дизельное топливо

Дизельное топливо—для двигателей с зажиганием от сжатия. В эту подгруппу входят следующие виды топлив:

Топливо для быстроходных дизелей фракционного состава примерно 180—350°С. Выпускаются марки ДА и А (арктические), АЗ и 3 (зимние), ДЛ и Л (летние), ДС и С (специальные). Они различаются по температуре застывания (—60¸—10 °С) и содержанию серы.

Топливо моторное для среднеоборотных и малооборотных двигателей. Две марки ДТ, ДМ.

Топливо для тепловозных  и судовых двигателей следующих марок: ТЗ (зимнее), ТЛ (летнее). По фракционному составу это более высококипящие фракции (50%—275—290 °С; 98%—340— 360°С).

 

Физико-химическая характеристика бензиновой фракции. Таблица 8

№ п/п	Наименование  показателя	Значение
1.	Детонационная стойкость  – октановое число:
	по исследовательскому методу	62
2.	Концентрация свинца, г/дм3	-
3.	Фракционный состав летнего/зимнего:
	начало кипения	35
	10%	76
	50%	120
	90%	163
	конец кипения	185
	остаток, %	1,02
	остаток и  потери, %	3,5
4.	Давление насыщенных паров бензина, кПа (мм.рт.ст.):	(323)
5.	Кислотность, мг КОН на 100 см3	0,5
6.	Концентрация фактических  смол, мг на 100 см3 бензина	-
7.	Индукционный период бензина на месте производства, мин	600
8.	Массовая доля серы, %	0,04
9.	Испытание на медной пластинке	выдерживает
10.	Водорастворимые кислоты  и щелочи	-
11.	Механические примеси  и вода	-
12.	Цвет	желтый
13.	Плотность при 20°С, кг/м3	732
14.	Тяжелые углеводороды	-

 

Котельное топливо — флотские и топочные мазуты (марки ф5, ф12, 40, 100, 200) и топливо для локомотивных газотурбинных двигателей. Они различаются по вязкости и температуре застывания.

В 1970 г. были впервые утверждены также технические условия на печное топливо для битовых и технических целей (марки А, Б, В). Их примерный фракционный состав 100—300—360 °С.

К группе топлив следует отнести  также горючие газы. Их классифицируют следующим образом:

• газ для коммунально-бытового потребления;
• газы сжатые для газобаллонных автомобилей;
• газы углеводородные сжиженные топливные (пропан технический, бутан технический, смесь пропана и бутана).

Эксплуатационные  свойства дизельных топлив. В двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, называемых дизелями, четырехтактный рабочий процесс протекает несколько иначе, чем в двигателях с зажиганием от искры [15]. В дизельном двигателе в первых двух тактах засасывается и сжимается чистый воздух. Температура воздуха в конце хода сжатия достигает 550—650° С, а давление возрастает до 40 ат. В конце хода сжатия в сжатый и нагретый воздух впрыскивается в течение определенного времени под большим давлением порция топлива. Мельчайшие капельки топлива переходят в парообразное состояние и распределяются в воздухе. Через определенный весьма незначительный момент времени топливо самовоспламеняется и полностью сгорает. Время между началом впрыска и воспламенением топлива называется периодом задержки самовоспламенения. В современных быстроходных двигателях этот период не более 0,002 сек. В результате сгорания топлива давление газов достигает 60—100 ат. Весьма важным для обеспечения плавной, нормальной работы двигателя является скорость нарастания давления газов. Из практики известно, что эта скорость не должна превышать 5 ат на 1° угла поворота коленчатого вала. В противном случае двигатель начинает стучать, работа его становится «жесткой», а нагрузка на подшипники чрезмерной. Появление стуков и жесткая работа двигателя тесно связаны с длительностью периода задержки самовоспламенения. Чем продолжительнее этот период, тем большее количество топлива успеет поступить в цилиндр двигателя. В результате—одновременное воспламенение повышенного количества топлива приводит к взрывному характеру сгорания, и давление газов будет нарастать скачкообразно. В двух последующих тактах: рабочий ход и выхлоп—происходит рабочее расширение газов и освобождение цилиндра двигателя от продуктов сгорания.

В качестве топлива для быстроходных дизелей применяются керосиногазойлевые фракции нефти. Для тихоходных и стационарных двигателей этого типа с малым числом оборотов применяется более тяжелое топливо типа мазутов.