Рідке паливо

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рідке паливо

План

1. Нафта й основні способи її переробки

2. Класифікація, призначення, характеристика і маркування рідкого палива

3. Дизельне паливо

4. Мазут. Основні властивості, марки і застосування

5. Умови зберігання і транспортування рідкого палива

1. Нафта й основні способи її переробки

Рідке паливо одержують, головним чином, у результаті переробки нафти - єдиного рідкого пального, яке одержують з копалин. Нафта утворюється із залишків рослинних і тваринних мікроорганізмів на дні давніх морів і являє собою маслянисту рідину жовтого чи темно-коричневого, а іноді і чорного кольору, у залежності від її складу. Продуктами переробки нафти є високоефективні палива, мастильні і спеціальні олії, бітуми, парафін, сажа й ін. З продуктів нафтопереробки виробляють пластмаси, синтетичні волокна, каучук, барвники, миючі засоби, отруйні хімікати.

Нафта -- це суміш великого числа вуглеводнів різної молекулярної маси і хімічної побудови з домішкою сірчистих, азотних і смолистих речовин. У ній міститься вуглецю 82,8 - 87,2%, водню 11,7 - 14,1%, сірки 0,3 - 3,1% і більше, кисню 0,3 - 2,1%, азоту 0,1 - 1,1%, а також у дуже малих кількостях є ванадій, нікель, залізо, хром, германій та ін. В'язкість нафти досягає 80 - 100 мм²/с, а щільність 0,73 - 0,95 г/см³. Нафта майже не містить золи; теплота її загорання близько 10 000 ккал/кг, чи 41 900 кДж/кг.

Нафта як паливо безпосередньо майже не використовується, а переробляється в товарні нафтопродукти. Перед переробкою нафту направляють у газовідокремлювачі і виділяють попутний нафтовий газ, а потім очищують від інших домішок: відокремлюють розчинені гази, воду, мінеральні солі, а також механічні домішки -- пісок і глину.

Основними способами одержання нафтопродуктів є пряма перегонка і крекінг. У процесі прямої перегонки нафта розділяється на окремі легкі фракції в залежності від температури кипіння і конденсації. Різні вуглеводні конденсуються при різних температурах: соляровий дистилят - приблизно при 350-300°С, газойлевий - при 300-250 °С, лігроїн - при 250-200°С, бензин - нижче 200 °С. Сконденсовані фракції (дистиляти) охолоджуються в теплообмінниках і водяних холодильниках та перетворюються в рідину.

Для перегонки мазуту (80% маси) його піддають повторному нагріванню в вакуумі до 350°С і переводять у пароподібний стан. З продуктів перегонки одержують різноманітні мінеральні олії. Залишок перегонки - гудрон, що представляє собою малорухому масу, використовують для виробництва покрівельних та ізоляційних матеріалів і в будівництві доріг.

Відносно невисокий відсоток виходу світлих нафтопродуктів, особливо бензину, при прямій перегонці нафти обумовив необхідність застосування крекінг-процесу, заснованого на розщепленні довгих молекул важких вуглеводнів на більш короткі молекули, які можуть кипіти при низькій температурі. Розрізняють термічний (високотемпературний) і каталітичний крекінг. При термічному крекінгу (температура його 450-550°С і тиск 3 - 6 МПа) переробляють гас, соляровий дистилят, мазути і гудрон. Однак бензини термічного крекінгу, що представляють собою суміш вуглеводнів, фізично і хімічно недостатньо стійкі, тому використовуються як компоненти автомобільних бензинів. Для одержання бензинів більш високої якості застосовують каталітичний крекінг, при якому бензин виробляється в присутності каталізатора -- речовини, що прискорює і поліпшує процеси розщеплення важких вуглеводнів. Температура каталітичного крекінгу 450-500°С, тиск 0,2-0,3 МПа. Як каталізатори застосовуються синтетичні алюмосилікати і деякі глини. Різновидом каталітичного крекінгу є риформінг, призначений для одержання ароматичних вуглеводнів, що є основою високоякісних бензинів. При каталітичному крекінгу як вихідну сировину використовують гасові і солярові фракції прямої перегонки і дистиляти нафтопродуктів вторинного походження.

2. Класифікація, призначення, характеристика і маркірування рідкого палива

Нафтове паливо за призначенням підрозділяється на дві основні групи: моторне, або світле, що застосовується для спалювання в двигунах, і котельно-пічне (котельне, газотурбінне і побутове), яке використовується для топок парових котлів, промислових і побутових пічних установок.

Моторне паливо, залежно від виду двигуна, у свою чергу поділяється на карбюраторне і дизельне, що використовується в двигунах внутрішнього згорання, і паливо для повітряно-реактивних двигунів та ін. На рис. 7.1 і 7.2 показані основні види і марки моторних палив.

Бензин: основні характеристики і марки

Бензин є одним з основних видів карбюраторного палива. Він являє собою суміш легких ароматичних, нафтенових і парафінових вуглеводнів. До складу бензину входять вуглець (85%) і водень (близько 15%), а також кисень, азот та сірка. Бензин -- безбарвна чи трохи жовтувата рідина з характерним запахом, щільністю 0,7 -- 0,8 г/см³. Температура його спалаху нижче -- 40 °С, застигання -- нижче -- 60 °С. Бензин застосовується також як розчинник жирів, смол і інших матеріалів. Основну частину бензину одержують прямою перегонкою і каталітичним крекінгом. Властивості автомобільних бензинів характеризуються теплотою згорання, детонаційною стійкістю, фракційним складом, хімічною стабільністю, вмістом сірки й інших шкідливих домішок.

Здатність палива протистояти детонаційному згоранню називається детонаційною стійкістю і характеризується октановим числом. Чим вище октанове число, тим більше може бути стиснута в циліндрі пальна суміш.

Як еталонне паливо прийнята суміш двох вуглеводнів: ізооктану (C₈H₁₂), що володіє високими антидетонаційними властивостями, і нормального гептану (C7H₁₆), що легко детонує. Октановим числом називається умовна одиниця, чисельно рівна відсотку (за об'ємом) озооктану в суміші, що складається з ізооктану і нормального гептану та рівноцінна за своїми антидетонаційними властивостями даному паливу.

Октанове число ізооктану приймається за 100, а нормального гептану за 0. Так, якщо бензин детонує при роботі суміші, яка складається із 76% ізооктану і 24 % нормального гептану, то октанове число такого бензину дорівнює 76.

Види і марки моторного палива

Характеристика моторних палив

Маркування: промисловість випускає автомобільні бензини марок А-72, А-76, АИ-93, АИ-98. У марці бензину буква „А” показує, що він автомобільний, а цифра -- мінімальне октанове число. У бензинах А-72 і А-76 октанове число (72 і 76) установлено моторним методом, а в бензинах АИ-93 і АИ-98 друга буква „И” показує, що октанове число (93 і 98) установлено дослідницьким методом. Для підвищення детонаційної стійкості в бензини вводять антидетонатори (тетраетилсвинцеві рідини -- ТЕС), які дуже отруйні, хімічно активні. Такі бензини називаються етилованими. Вони забарвлюються. Бензин А-72 випускається неетилованим: А-76 забарвлюються в жовтий колір, АИ-93 -- в оранжево-червоний і АИ-98 -- в синій. Усі бензини, крім АИ-98, поділяються на літні, призначені для використання в період з 1 квітня по 1 жовтня, а в південних районах -- протягом усього року, і зимові, які використовуються в період з 1 жовтня по 1 квітня, а в північних і північно-східних районах -- протягом усього року.

Пальне для авіаційних двигунів, що експлуатуються в різних режимах: звичайному (крейсерському) і форсованому (режимі злету літака), повинно зберігати свою стійкість як на бідних, так і на багатих сумішах. Детонаційна стійкість авіаційного бензину при роботі на бідній суміші оцінюється октановим числом, а при роботі на багатій суміші -- сортністю. Сортністю бензину називається число, що показує, яку потужність може розвивати двигун на випробному паливі в порівнянні з ізооктаном, сортність якого прийнята за 100. Наприклад, Б-95/130, Б-100/130.

Фракційний склад є важливим показником якості бензину та його випаровуваності, тобто здатності переходити з рідкого в газоподібний стан. Від випаровуваності палива залежать утворення пальної суміші, тривалість прогріву і легкість пуску двигуна.

Промисловістю випускаються сезонні (літні і зимові) автомобільні бензини. Для бензину зимового виду температура википання 10% палива має бути не більше 55°С, а літнього виду -- не більше 70°С.

Хімічна стабільність характеризується стійкістю бензину до окислювання, смоло- і нагароутворення та інших хімічних змін у двигуні, залежить від фракційного складу і вмісту смол та смоло-утворюючих речовин.

Вміст смол установлюється спеціальними стандартами і для різних марок бензину не повинен перевищувати 7-15 мг/100 мл.

Хімічна стабільність виражається тривалістю індукційного періоду -- часу штучного окислювання бензину в спеціальній лабораторній установці і визначається в атмосфері чистого кисню при тиску 0,7 МПа і температурі 100°С.

Для підвищення хімічної стійкості в паливо додають антиокислювачі (деревносмольний, детонафтал й ін.), що підвищують індукційний період окислювання бензину.

Основні показники автомобільних бензинів показані в табл. 1.

нафта рідкий паливо мазут

Таблиця 1. Основні показники автомобільних бензинів

Наявність сірки викликає корозію робочих органів двигуна і знижує детонаційну стійкість палива, сприяє утворенню смоли. Чим менший вміст сірки в бензині, тим вища його якість. Наявність сірки визначають випробуванням бензину на корозію відполірованої пластинки з чистої міді. У залежності від марки бензину вміст сірки не повинен бути більше 0,10--0,15%.

3. Дизельне паливо

Дизельне паливо, як і бензин, являє собою суміш парафінових, нафтенових і ароматичних вуглеводів і є продуктом прямої перегонки нафти з додаванням (не більш 20%) компонентів каталітичного крекінгу. Щільність дизельного палива 0,79-0,97 г/см³, температура спалаху 35-80°С, температура помутніння для літніх сортів не вище -5°С, а для зимових -- від -25 до -30°С. Температура застигання повинна бути на 5--10°С нижча температури помутніння. Дизельне паливо використовується в двигунах, установлених на великовантажних автомобілях, тракторах і дорожніх машинах, на водному і залізничному транспорті, у різних енергетичних установках і випускається двох видів: легке, малов'язке паливо -- для швидкохідних дизелів і важке, високов'язке паливо -- для тихохідних дизелів.

Дизельне паливо, на відміну від карбюраторного, містить більш важкі фракції вуглеводнів: гасові, газойлеві і солярові, які не схильні до детонації. Фізико-хімічні властивості дизельного палива характеризуються теплотою згорання, займистістю, фракційним складом і температурою спалаху, в'язкістю, температурою помутніння, початку кристалізації і застигання, вмістом сірки й інших шкідливих домішок. Для реактивних авіаційних двигунів як паливо використовується гас і лігроїн прямої перегонки нафти, а також газойлеві фракції дистилятів окремих нафт із продуктами вторинного походження і прямогонні дистиляти.

Один з основних показників якості дизельного палива є загорання, що характеризує здатність палива займатися без джерела запалювання й оцінюється цетановим числом. Цетановим числом називається умовна одиниця, чисельно рівна відсотку (по об'єму) цетану в суміші, що складається з цетану (займистість 100), а-метилнафталіну, який рівнозначний займистостості 0. Температура самозапалювання дизельного палива знижується зі збільшенням цетанового числа.

Бід фракційного складу дизельного палива залежить якість утворення паливно-повітряної суміші і повнота її згоряння, димність вихлопу й інші показники роботи двигуна, а також температура спалаху пальної суміші при піднесенні вогню. Температура спалаху характеризує вогненебезпечність палива для застосування, транспортування і збереження.

В'язкість є важливою експлуатаційною властивістю і визначає рухливість дизельного палива (тобто опір, який роблять частки рідини одна одній при переміщенні під дією сили), ступінь його розпилення й однорідність пальної суміші. При зниженій в'язкості відбувається надмірне розпилення палива, його підтікання через зазори, знижується тиск упорскування, погіршуються його властивості змащування, при підвищеній в'язкості збільшується опір при русі палива по трубопроводах, погіршуються процеси розпилення і сумішоутворення, паливо цілком не згоряє, підвищуються його витрати. Дизельне паливо звичайно характеризується кінематичною в'язкістю, що становить питомий коефіцієнт внутрішнього тертя рідини. В'язкість дизельного палива залежить від температури і підвищується при її зниженні: у паливах для швидкохідних дизелів вона визначається при 20°С, а для тихохідних -- при 50°С. Кінематичну в'язкість установлюють за часом витікання через капіляр віскозиметра заданої кількості палива при температурі 20°С. В'язкість дизельного палива для швидкохідних двигунів 1,8-8,0 мм²/с, а для тихохідних -- до 36 мм²/с. У холодну пору року необхідно застосовувати зимові сорти дизельного палива, що мають менші показники в'язкості.

На роботу двигуна при низькій температурі впливають також температура помутніння, початку кристалізації і застигання палива, що залежить від його фракційного складу. Температурою помутніння називається така температура, при якій паливо втрачає свою форму і однорідність. Це називається процесом кристалізації.

Температура повної втрати рухливості палива є температурою застигання.

Таблиця 2. Основні показники дизельних палив

Вміст сірки в дизельному паливі завжди вищий, ніж у бензині. Сірка і сірчасті сполуки викликають корозію деталей двигунів, особливо швидкохідних. Корозійна активність дизельного палива залежить також від вмісту водно-розчинних кислот і лугів, кисневих сполук, механічних домішок, води. Для поліпшення властивостей дизельного палива до нього додають присадки, що підвищують цитанове число, інгібітори корозії, дезактиватори металів й т. ін.

Маркування: у залежності від умов застосування промисловість випускає дизельне паливо трьох марок: Л (літнє) -- для експлуатації при температурі навколишнього повітря 0°С і вище; З (зимове) -- для експлуатації при температурі навколишнього повітря -- 20°С і вище; А (арктичне) -- для експлуатації при температурі навколишнього повітря -- 50°С і вище. Норма цитанового числа для всіх трьох марок дизельного палива встановлена не менше 40. За вмістом сірки дизельні палива поділяються на види: І -- не більше 0,2% і II -- не більше 0,5% (для марок А -- не більше 0,4%). У маркірування палива Л входять вміст сірки і температура спалаху; палива 3 -- вміст сірки і температура застигання; палива А -- вміст сірки.

4. Мазут. Основні властивості, марки і застосування

Мазутне найбільш розповсюдженим видом котельно-пічного палива. Його одержують як у процесі прямої перегонки нафти, так і при крекінгу нафтопродуктів -- це залишки після відгону з нафти бензину, гасу, фракцій дизельного палива. Використовується на залізничному транспорті, у хімічній промисловості як сировина й в інших галузях народного господарства, а також для забезпечення населення, дрібних комунально-побутових і сільськогосподарських підприємств.

Найважливішими характеристиками мазуту є теплота згорання, в'язкість, температура застигання, щільність, температура спалаху, зольність, вміст сірки й інших домішок.

Основним показником якості мазуту при його маркіруванні є в'язкість, що визначає умови заповнення і зливу з ємкостей, транспортування по трубопроводах, подавання в топковий простір печей й т. ін. В'язкість мазуту залежить від температури, щільності, смолистості.

Температура застигання мазуту залежить від хімічного складу сировини і способів одержання нафтопродукту. Прямогонні мазути з парафінової нафти мають температуру застигання понад 25°С, а крекінг-мазути -- від 25 до 34°С.

При розрахунках обсягів ємкостей для зберігання і транспортування палива, визначенні умов відстоювання води та осадження механічних домішок з мазуту користуються показником щільності мазуту. Чим менша щільність мазуту, тим легше і швидше відокремлюються від нього вода і механічні домішки. Щільність мазуту коливається в межах 0,94-1,02 г/см³ і підвищується зі збільшенням в'язкості.

Температура спалаху товарних мазутів 80-90°С. Максимальна температура розігріву палива при подачі по трубопроводах, заливанні в ємкості повинна бути не менше, ніж на 10°С нижче температури спалаху.

Зольність мазуту залежить від якості підготовки і переробки сировини і визначається вмістом солей, неорганічних домішок, використованих присадок, а також продуктів корозії нафтової апаратури.

Вміст сірки в котельному паливі залежить від хімічного складу нафти і становить: для високосірчистих мазутів -- до 3,5%; для сірчистих -- до 2,0% і для малосірчастих -- до 0,6%. Спалювання сірчистої нафти призводить до утворення кислотних оксидів, що викликають підвищену корозію деталей котлів і апаратів та забруднюють навколишнє середовище. Особливу корозійну активність мають сірководень і елементарна сірка. Тому малосірчисті мазути застосовуються в першу чергу в технологічних нагрівальних установках: мартенівських печах, нагрівачах ливарних, прокатних та інших підприємств металургійної промисловості.

Маркування: нафтопереробною промисловістю виробляється кілька марок мазутів, які використовуються як паливо: флотські Ф-5 і Ф-12, топкові 40 і 100. Цифри, що входять у марки (5, 12, 40, 100), вказують на максимальну в'язкість при температурі 50°С в одиницях умовної в'язкості. Мазути Ф-5 і Ф-12 (легке паливо) застосовуються в суднових котлових установках, 40 (середнє паливо) і 100 (важке паливо) -- як масове паливо у всіх котлових і нагрівальних установках загального призначення. Мазути марок 40 і 100 за вмістом сірки підрозділяються на малосірчисті, сірчисті і високосірчисті.

Паливо для мартенівських печей поставляється марок МП -- малосірчисте і МПС -- сірчисте. Газотурбінне паливо виробляється двох марок: ТГ -- звичайне і ТГВК -- вищої категорії якості, а паливо пічне побутове випускається марки ТПБ.

5. Умови зберігання і транспортування рідкого палива

Рідке паливо відвантажується споживачам партіями, які супроводжуються єдиним документом (паспортом) про якість. У документі зазначається: найменування підприємства-постачальника, вид нафтопродукту, марка, номер партії і транспортної одиниці, а також показники якості даної продукції, нормовані встановленим стандартом, і результати випробування даного нафтопродукту. Рідке паливо перевозять усіма видами транспорту: трубопровідним, річковим, залізничним, автомобільним і, в особливих випадках, повітряним. На ємкостях ставлять попереджувальні написи: „Вогненебезпечно”, „Етиловий бензин” -- для світлих нафтопродуктів і „Отрута” -- для отрутних нафтопродуктів.

Приймання рідкого палива здійснюється за масою чи зважуванням за об'ємом і щільністю. При відсутності паспорта на паливо, що надійшло, вантажоодержувач зобов'язаний визначити його якість у лабораторії.

Для зберігання палива використовують металеві чи залізобетонні резервуари, горизонтальні чи вертикальні, підземного чи надземного типу. Заповнення резервуару повинно бути максимальним для зменшення витрат на випар. Заправлення повинно здійснюватись тільки закритим способом (через шланг).

Гарантійні терміни зберігання для автомобільного бензину і дизельного палива -- 5 років, авіаційного бензину -- 2 роки з дня виготовлення, а після закінчення цього терміну варто знову перевірити якість нафтопродукту на відповідність вимогам стандартів.

Бензин, мазут та інші рідкі палива є вибухонебезпечними, легкозаймистими пальними рідинами, їхні пари отруйні для людини. Тому в місцях їхнього зберігання потрібно суворе дотримання правил безпеки. До роботи з рідким паливом допускаються тільки особи, що пройшли інструктаж з техніки безпеки. Нафтобази і склади повинні мати справну і безпечну електропроводку й бути обладнані необхідними засобами пожежогасіння, резервуари для зберігання повинні бути заземлені. На їх території категорично забороняється палити, користуватися відкритим вогнем чи інструментом, що дає при ударі іскру. При низьких температурах в'язкість рідкого палива значно зростає, тому перекачування його з ємкостей по трубопроводах вимагає підігріву.

Размещено на Allbest.ru