Одержання та переробка нафтопродуктів (стр. 1 из 17)
ЛЕКЦІЇ
З ДИСЦИПЛІНИ «ПАЛИВНО-МАСТИЛЬНІ ТА ІНШІ ЕКСПЛУАТАЦІЙНІ МАТЕРІАЛИ»
1. Одержання нафтопродуктів, їх види. Експлуатаційні властивості та використання автомобільних бензинів (І частина)
Загальна характеристика і роль паливно-енергетичних ресурсів у сільському господарстві
Сучасне сільськогосподарське виробництво України витрачає близько 40…50% нафтопродуктів від загальної кількості, що використовуються у народному господарстві.
Рис. 1.1. Структура енергоносіїв у сільськогосподарському виробництві
Від якості, вірного вибору та вмілого використання нафтопродуктів залежать не тільки їх витрати, але й технічний стан сільськогосподарської техніки та нафтоскладського обладнання, ефективність роботи та використання, витрати праці. Встановлено, що у загальній вартості тракторних робіт на частку нафтопродуктів припадає більш 50…60% усіх витрат.
Тому, раціональне використання паливно-мастильних матеріалів забезпечує зниження витрат на виробництво сільськогосподарської продукції, що є завданням державної ваги.
Згідно міжнародного стандарту ISO 8681 (International Organization for Standardization – Міжнародна організація зі стандартизації), усі нафтопродукти класифікують на п’ять основних класів по буквеним індексам (табл. 1.1).
Таблиця 1.1. Класифікація нафтопродуктів згідно ISO 8681
| Клас | Продукт |
| F | Палива |
| L | Змащувальні матеріали, індустріальні масла і родинні продукти |
| W | Парафіни |
| B | Бітуми |
| S | Розчинники та сировина для хімічної промисловості |
Нафта – основна сировина для отримання палив і масел
Нафта – горюча масляниста рідина, що добувається з надр землі, від темно-бурого до ясно-жовтого кольору з характерним запахом. Нафта – суміш рідких вуглеводнів, атоми вуглецю яких складають основу складних молекул, з'єднаних з воднем і між собою у ланцюгові, кільцеві, гіллясті та інші форми(парафінові, нафтенові і ароматичні), уякій розчинені газоподібні і тверді вуглеводні. У невеликих кількостях містить сірчисті та азотисті з'єднання, органічні кислоти і деякі інші хімічні сполуки.
Склад і властивості нафти залежать від родовища і можуть мати різні складові. У нафті утримується 82…87% вуглецю, 10…14% водню і до 0,5…5,0% (сумарно) інших елементів (сірка кисень і азот). Нафта може мати густину від 0,65 до 1,05 кг/см3, температуру застигання від плюс 26 до мінус 60 °С, температуру спалаху – нижче 0 °С, температуру самозаймання – вище 500 °С і теплоту згоряння 43,7…46,2 МДж/кг.
Україна – нафтовидобуваюча країна. Промисловий видобуток нафти розпочався наприкінці ХVІІІ сторіччя. Як свідчить геологорозвідка, Україна має власні ресурси нафти – 8417,8 млн. т умовного палива, з них нафта – 1325,7 млн. т. (15,7%), газовий конденсат – 380,5 млн. т (4,5%), газ вільний – 6435,7 млн. т (76,5%), газ розчинений – 275,9 млрд. м3 (3,3%). Видобуток здійснюється у трьох нафтогазоносних районах – Прикарпатському, Дніпровсько-Донецькому і Причорноморському.
Україна відноситься до числа країн, у яких власний видобуток нафти не забезпечує потреби промисловості. Власні нафтові ресурси задовольняють потребу внутрішнього ринку лише на 11%, з природного газу – на 22%. Основна частина нафти для нафтопереробної промисловості імпортується. Постачанням нафти на Україну займається близько 400 фірм. Основна частина сирої нафти надходить з Росії і Казахстану (75 і 13 відсотків відповідно). Окремі партії нафти поставляються з інших країн (Туркменістан, Узбекистан та ін.).
Нафта, що добувається на промислах, містить розчинені гази, механічні домішки у виді піску і глини (до 1,5%), воду (до 50% і більш), солі (від 0,0001 до 10 г/дм3). У нафту можуть попадати компоненти технологічних засобів, які застосовуються для збільшення нафтовіддачі шарів, запобігання корозії устаткування, відкладення парафінів і солей, поразки нафти мікроорганізмами та ін. Для забезпечення необхідної якості нафти для її подальшого транспортування і переробки на промислах проводиться її підготовка (стабілізація, зневоднювання, знесолення та ін.). Якість нафти для нафтопереробних підприємств повинна відповідати вимогам стандартів і технічних умов, що обумовлюються у контрактах на поставку продукції. Основні вимоги до якості нафти керуються ГОСТ 9965–76.
Стандарт поширюється на нафту, що поставляється нафтопереробним підприємствам та призначена для переробки. У залежності від ступеня підготовки, стандартом встановлені 1, 2 і 3 групи нафти.
У залежності від масової частки сірки, нафти підрозділяються на три класи:
1 – малосірчисті (до 0,60%);
2 – сірчисті (від 0,61 до 1,80%);
3 – багатосірчасті (більш 1,80%).
У залежності від густини при 20 °С, кожен клас нафти підрозділяється на три типи:
1 – легкі (до 850 кг/м3);
2 – середні (від 851 до 885 кг/м3);
3 – важкі (більш 885 кг/м3).
Умовне позначення нафти складається з трьох цифр, що відповідають класу, типу і групі.
Приклад: «Нафта Самотлорського родовища з масовою часткою сірки 0,96% (клас 2), густиною 842,6 кг/м3 (тип 1), концентрацією хлористих солей 72 мг/дм3, масовою долею води 0,3% (група 1) – позначають 2.1.1.».
Хімічний склад нафти, його вплив на властивості нафтопродуктів
Груповий склад визначається вуглеводнями, які входять до складу нафти, основними з яких є: парафінові (насичені, граничні, алкани) із загальною структурною формулою СпН2п+2; нафтенові (поліметиленові, циклани) із загальною структурною формулою СпН2п і ароматичні (бензольні, арени) із загальною структурною формулою СпН2п-б.
Властивості вуглеводнів кожної групи визначаються структурою молекул та їх молярною масою. З ростом молярної маси збільшуються густина, в'язкість, температура плавлення і кипіння вуглеводнів.
У залежності від вмісту у нафті трьох основних груп вуглеводнів – парафінових, нафтенових і ароматичних – розрізняють метанові, метаново-нафтенові, нафтенові, нафтено-ароматичні та ароматичні нафти.
Паливо – це горюча речовина (основна складова частина якого – вуглець), що здатна до виділення ймовірно більшої кількості тепла, розвиваючи при цьому високу температуру. Крім того, паливо при згорянні не повинне виділяти токсичних сполук. Таким чином, до палива можна віднести не усі речовини, які здатні горіти. Паливо може знаходитися у надрах землі у готовому виді або бути отримане штучно. Палива, в свою чергу, підрозділяють по чотирьом загальним признакам на групи, сорт, марки і види:
1) по походженню – на природні і штучні;
2) по хімічному складу – на вуглеводні і не вуглеводні;
3) по агрегатному стану – на газо образні, рідкі й тверді (табл. 1.2);
Таблиця 1.2. Основні види палива
| Паливо | Природне | Штучне |
| Тверде | Викопні вугілля, горючі сланці, торф, деревина, відходи сільського господарства | Кам'яновугільний кокс, деревне вугілля, торф'яний кокс, напівкокс, брикети, пилоподібне паливо |
| Рідке | Нафта | Бензин, газ, дизельне паливо, смоли сухої перегонки твердого палива, бензол, спирти. |
| Газоподібне | Гази природні і супутні при видобутку нафти й інших копалин | Світильний, коксовий, крекінговий, доменний, генераторний, водяник, змішаний, гази нафтопереробних заводів |
4) в залежності від області застосування (табл. 1.3).
Таблиця 1.3. Класифікація палив по ГОСТ 4.25–83
| Група палива | Підгрупа палива | Позначення марок палива |
| Бензин | АвіаційнийАвтомобільний | БА |
| Газотурбінне | РеактивнеДля судових і стаціонарних енергетичних установок (судове) | РГ |
| Дизельне | Для швидкохідних дизелів (дистилятне)Для середньо оборотних і мало оборотних дизелів (сумішеве) | Л, ЗДТ |
| Мазут | ФлотськийТопковийМартенівський | ФММП |
| Побутове | ПічнеКеросин | ПК |
Хіммотологія – наука про експлуатаційні властивості, якість і раціональне використання в техніці палив, масел, мастил та спеціальних рідин.
Сутність процесів займання та згоряння палив
Сутність процесів займання і згоряння різні, але обидва представляють собою процес окислення молекул пального з виділенням тепла та випромінюванням світла.
Горінням називають швидко протікаючи реакції окислення при високих температурах у зоні займання полум’я. Займання характеризується спонтанним переходом повільних передполум’яних реакцій у швидкі екзотермічні, які виникають у разі порушення рівноважного стану, що веде до виникнення полум'я Звичайно, це окисні процеси, обов’язковими умовами яких є попереднє повне випаровування рідкого палива та з'єднання палива з киснем повітря, але іноді здійснюється згоряння у чистому кисні або інших окислювачах. Для виникнення реакції необхідно, щоб паливо й окислювач були нагріті до температури самозаймання палива, що залежить від його хімічного складу і фізичних властивостей, концентрації кисню, способів сумішоутворення, температури навколишнього середовища і т.д.
Кінцевими продуктами згоряння будь-якого палива є вуглекислий газ, пари води та окисли сірки. На процес згоряння у значній мірі впливає кількість повітря, яке подається. При його недостатності горіння протікає повільно, температура невисока, утворюються продукти неповного згоряння (окис вуглецю, сажа та інше), а гази, що відробили, стають темними і, навіть, чорними. Якщо ж подавати кількість повітря вищевизначеної межі, то багато тепла буде витрачатися на нагрівання азоту – основного компоненту повітря – і надлишкового кисню. При цьому температура знижується, швидкість згоряння зменшується, і, як наслідок, виникають перевитрати палива.