Возницкий И.В. - Практика использования морских топлив на судах

Скачать

Возницкий СУДОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Том 2

ВОЗНИЦКИЙ - ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СМАЗКЕ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ

1. Методы нефтепереработки.
Их влияние на свойства топлив

Нефть состоит из множества соединений углеводородов, в небольших количествах в нее также входят сера, кислород и азот. По химической структуре углеводороды нефти подразделяют на три группы:
- парафины или алканы, имеющие цепное строение молекул;
- нафтены или циклопарафины, характеризующиеся более прочным построением молекул (благодаря тому, что атомы углерода связаны в кольца);
- ароматики и асфальтены, обладающие еще большей прочностью (их молекулы, также кольцевого строения, и*меют более прочные двойные и тройные связи между атомами углерода) .

Химический групповой состав нефтей, а вместе с ним их химические и физические свойства отличаются значительным разнообразием. Так нефти Северного моря и Арабская легкая, для которых характерно наличие значительного количества углеводородов с малой молекулярной массой, при переработке дают большой выход нефтяных газов и дистиллатных фракций, к числу которых относят бензины, керосин, газотурбинпое и дизельное топлива. Для Ливиийской нефти характерным является большой выход средних фракций и парафиновых соединений. В противоположность им Венесуэльская нефть, относящаяся к классу высокоароматизирован-ных нефтей, содержащих значительные количества тяжелых ас-фальтосмолистых соединений, при переработке дает очень небольшой выход дистиллатов, в основном из нее получают остаточные фракции и битумы.
Для получения топлив нефть подвергают переработке (рефай-пингу), которая включает в себя следующие основные процессы:
- нрямогонная дистиллация (прямогониая или вакуумная);
- крекинг (включая каталитический, термический и висб-реакинг);
- полимеризация и реформинг бензиновых фракций.

После прямой перегонки (см. рис. 1), в ходе которой нефть подвергают нагреву, а в ректификационной колонне из нее отбирают дистиллатные фракции, на дне колонны остается нефтяной остаток. Объем остатка зависит от химического группового состава нефти (ее происхождения) и может составлять величину от 34 до 80 %, его вязкость может лежать в пределах 80 -1 ООО сСт. Он идет на приготовление тяжелых остаточных топлив, осуществляемое путем смешивания остатка с более легкими фракциями либо, что несомненно выгоднее, путем дальнейшей переработки в крекинг-услгановках. Назначение последних — разрушить тяжелые углеводороды нефтяных остатков на легкие составляющие, имеющие малую молекулярную массу и обладающие свойствами легких нефтепродуктов. Здесь необходимо отметить, что размеры молекул нефтяных топлив определяются числом входящих в них атомов углерода и водорода. Молекулы газообразных продуктов состоят из 1 - 5 атомов углерода, молекулы бензинов — из 6 - 10, керосинов — из 11 - 16, легких дистиллатов — из 13 - 17, тяжслых дистиллатов — из 18-32 атомов углерода.

Рис. 1. Упрощенная диаграмма прямогонпого процесса переработки нефти.
80 %, его вязкость может лежать в пределах 80 -1 ООО сСт. Он идет на приготовление тяжелых остаточных топлив, осуществляемое путем смешивания остатка с более легкими фракциями либо, что несомненно выгоднее, путем дальнейшей переработки в крекинг-услгановках.Назначение последних — разрушить тяжелые углеводороды нефтяных остатков на легкие составляющие, имеющие малую молекулярную массу и обладающие свойствами легких нефтепродуктов. Здесь необходимо отметить, что размеры молекул нефтяных топлив определяются числом входящих в них атомов углерода и водорода. Молекулы газообразных продуктов состоят из 1 - 5 атомов углерода, молекулы бензинов — из 6 - 10, керосинов — из 11 - 16, легких дистиллатов — из 13 - 17, тяжелых дистиллатов — из 18-32 атомов углерода.
Молекулы тяжелых остаточных нефтепродуктов достигают размеров, определяемых в 28 - 70 атомов углерода. Для дробления тяжелых молекул в крекинг -ус тановках они подверг аются действию высоких температур (до 490°С) и давлений (2-3 МПа) — термический крекинг - висбреакинг, либо действию высоких температур в присутствии катализаторов (A)-Si) —каталитический крекинг.
В результате использования крекинг-процессов выход легких нефтепродуктов в процессе переработки нефти существенно повышается. Так, выход бензина из нефти среднего состава увеличивается с 18% ( после прямогонной и вакуумной дистиллации) до 48%, дизельного топлива с 24% до 32%, а количество оста точных продуктов, идущих на приготовление тяжелых топлив, сокращается с 34 до 6%. Иллюстрируемое рис. 2 сокращение доли остаточных продуктов в общем объеме производства топлив. Это не сказывается на количестве производимых тяжелых топлив, так как потребность в них не столь велика, но моторные свойстве этих гоплив резко ухудшаются. Дело в том, что ранее па производ-стио тяжелых топлив шли остаточные фракции после прямогон-in.ix установок, то в настоящее время основными составляющими тяжелых остаточных топлив становятся остатки крекинг-установок (см. рис. 2). Эти остатки благодаря чрезвычайно жестким условиям протекания процессов каталитического крекинга и висб-реакинга приобретают вязкость порядка 700 сСт и в них сосредоточиваются:
тяжелые углеводороды сложной циклической структуры;
непредельные углеводороды, склонные к полимеризации и образованию асфальтосмолистых соединений;
значительные количества серы и ванадия.
Естественно, что наличие перечисленных продуктов в новых тяжелых тонливах создает определенные трудности в их использовании в судовых дизелях. Рассмотрению возникающих при этом проблем и посвящена существенная часть настоящей книги.
Все нефтяные топлива в зависимости от происхождения нефти и методов ее переработки, в основном, состоят из находящихся в той или иной пропорции парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов, обладающих следующими свойствами:
Парафиновые соединения — высокое цетановое число (хорошая воспламеняемость), низкая плотность и большая вязкость, высокая массовая и низкая объемная теплота сгорания, высокая температура застывания, малая тенденция к дымлению;
Нафтеновые соединения — среднее значение цетанового числа, умеренно высокие плотность и тенденция к дымлению, высокая массовая теплота сгорания, низкая температура застывания;
Ароматические соединения — низкое цетановое число (плохая самовоспламеняемость), высокая плотность, низкая массовая теплота сгорания, очень высокая тенденция к дымлению, умеренно высокая температура застывания.
Перечисленные свойства углеводородов определяют и соответствующие свойства топлив, в которые они входят.Так остаточные топлива из парафиновых нефтей, содержащие в основном высокомолекулярные парафиновые соединения, обладают хорошими моторными свойствами. Топлива изасфальтосмолистых ароматических нефтей содержат значительно меньше парафинов, но i> них находится большее количество пафтепоароматических соединений с кольцевым строением молекул, отличающихся высоким соотношением С\Н (отношение составляющих молекулу числа атомов углерода к числу атомов водорода) и содержащих твердые и полутвердые композиции углерода, асфальтенов, органических соединений кислорода, азота, серы, ванадия и других элементов. Такое топливо на порядок хуже предыдущего. Крекинг-продукты, входящие в топлива, отличаются особенно большим содержанием высокоароматизированных композиций, характеризующихся йольшим соотношением С\Н и значительной молекулярной массой. Таким образом, моторные свойства топлив в прямой степени зависят от состава и структуры 'топлива, последние же в свою очередь определяются месторождением нефти и используемыми при ее переработке технологическими процессами. Этим можно объяснить тот факт, что нередко топлива одной марки или одинаковой вязкости, но приобретенные у разных поставщиков, существенно отличаются по своим моторным свойствам и характеристикам. Практика показывает, что поставщики, как правило предлагающие топлива по более низкой цене, пы таются сбыть те топлива, у которых некоторые показатели не укладываются в заданные пределы, что при последующем их использовании может вызвать серьезные нарушения в работе дизелей.

Следующая глава - 2. Эксплуатационные свойства топлив

Полезные и проверенные программы: