Основные физико-химические свойства дизельного топлива, определяющие его эксплуатационные качества. Группы способов переработки нефти с целью получения смазочных материалов. Виды крекинга. Методы избирательной адсорбции с применением молекулярных сит.
Аннотация к работе
Дизельное топливо производится из отбензиненной нефти, благодаря чему увеличивается выход из нефти жидких топлив, и обладает по сравнению с бензином лучшей физической и химической стабильностью, вследствие чего в равных условиях потери дизельного топлива при транспортировании, хранении и применении будут меньше, чем бензина. Недостаточная вязкость приводит к неоднородности рабочей смеси, ухудшению процесса сгорания и перегреву форсунок, что может вызвать повышенный износ подвижных деталей, подающих топливо, и, прежде всего, плунжерной пары высокого давления, для которых топливо является одновременно и смазкой. Температурой застывания называется температура, при которой дизельное топливо загустевает настолько, что уровень его остается неподвижным в течение одной минуты при наклоне стандартной пробирки с топливом на 45°. Но применять дизельное топливо со слишком облегченным фракционным составом нельзя, так как такое топливо состояло бы из углеводородов, плохо самовоспламеняющихся, и его вязкость могла бы оказаться недостаточной. Цетановым числом топлива называется показатель его самовоспламеняемости, численно равный процентному (объему) содержанию цетана в такой его смеси с метил-нафталином, которая равноценна данному топливу по самовоспламеняемости при испытании в стандартном двигателе.
Введение
дизельный крекинг топливо адсорбция
По групповому составу дизельное топливо преимущественно содержит парафиновые и нафтеновые углеводороды и лишь незначительное количество ароматических углеводородов, Дизельные двигатели по сравнению с карбюраторными обладают лучшей топливной экономичностью, удельный расход топлива у них примерно на 30% ниже, чем у карбюраторных двигателей.
Дизельное топливо производится из отбензиненной нефти, благодаря чему увеличивается выход из нефти жидких топлив, и обладает по сравнению с бензином лучшей физической и химической стабильностью, вследствие чего в равных условиях потери дизельного топлива при транспортировании, хранении и применении будут меньше, чем бензина.
Технико-экономические требования к дизельным топливам носят тот же характер, что и к бензинам.
Кроме того, к дизельному топливу предъявляются специфические требования, вытекающие из особенностей рабочего процесса дизельного двигателя.
Дизельное топливо должно: бесперебойно поступать в цилиндры двигателя при любых практически встречающихся температурах и обеспечивать легкий пуск двигателя;
обеспечивать хорошее распыливание и смесеобразование в цилиндрах двигателя;
легко воспламеняться и плавко сгорать, обеспечивая мягкую и бездымную работу двигателя;
образовывать минимальное количество нагара, отложений и не вызывать коррозии и коррозионных износов деталей, соприкасающихся с дизельным топливом и продуктами его сгорания.
1. Физико-химические свойства
Основные физико-химические свойства дизельного топлива, определяющие его эксплуатационные качества.
Свойства дизельного топлива, влияющие на безотказность работы двигателя, мощность и расход топлива, это прежде всего свойства, характеризующие надежность подачи дизельного топлива в цилиндры двигателя, качество горючей смеси., склонность к самовоспламеняемости, а также свойства, определяющие протекание процесса сгорания смеси.
Вязкость дизельного топлива характеризует его подвижность, величину внутреннего трения, взаимную силу сцепления молекул.
Для дизельного топлива указывается кинематическая вязкость. От вязкости топлива зависит качество его расплава в цилиндре дизели, дальнобойность струи, четкость начала и конца подачи топлива форсункой. Высокая вязкость топлива приводит к затруднениям при фильтрации, к перебоям подачи топлива насосом, ухудшению распыливания и неполному сгоранию. Отрицательно сказывается на работе двигателя и топливо с слишком малой вязкостью. В этом случае нарушается дозировка топлива вследствие его просачивания между плунжером и гильзой насоса высокого давления. Происходит также подтекание топлива через распыливающие отверстия форсунок и, как следствие, закоксовывание их. Кроме того, при слишком малой вязкости топлива дальнобойность его струи оказывается недостаточной вследствие чрезмерного распыливания. Поэтому топливо в основном сосредоточивается и сгорает вокруг форсунки вместо равномерного распределения по всей камере сгорания. Недостаточная вязкость приводит к неоднородности рабочей смеси, ухудшению процесса сгорания и перегреву форсунок, что может вызвать повышенный износ подвижных деталей, подающих топливо, и, прежде всего, плунжерной пары высокого давления, для которых топливо является одновременно и смазкой.
Кинематическую вязкость определяют капиллярным вискозиметром на основе замера времени истечения через его капилляр определенного количества испытуемой жидкости. Склонность дизельного топлива к образованию микрокристаллов парафина и льда характеризуется температурой помутнения. При этом помутнение изза образовавшихся микрокристаллов льда начинается при температуре немного ниже 0 °С, в то время как парафины могут давать помутнение и при более низких температурах.
Температурой застывания называется температура, при которой дизельное топливо загустевает настолько, что уровень его остается неподвижным в течение одной минуты при наклоне стандартной пробирки с топливом на 45°. Температура застывания является важнейшим показателем дизельного топлива и определяет возможность его использования при данной температуре воздуха. Минимальная температура воздуха должна быть на 10-15 °С выше температуры застывания топлива. Температура помутнения и застывания дизтоплива определяется прибором.
Вода в дизельном топливе может послужить причиной нарушения его подачи в цилиндры двигателя при низкой температуре. При плюсовых температурах вода с типом образует эмульсию, а при отрицательной она превращается в кристаллы льда, которые закупоривают топливные фильтры. ГОСТ на дизтопливо не разрешает присутствия в нем воды.
Механические примеси могут попасть в дизельное топливо при небрежном его хранении и заправке автомобилей. При этом наиболее опасны механические примеси в виде песка и глинозема, так как, попадая на стенки трущихся деталей, они образуют на них риски, царапины и подвергают ускоренному износу.
Фракционный состав косвенно характеризует испаряемость дизельного топлива. Топливо с облегченным фракционным составом легче испаряется. Но применять дизельное топливо со слишком облегченным фракционным составом нельзя, так как такое топливо состояло бы из углеводородов, плохо самовоспламеняющихся, и его вязкость могла бы оказаться недостаточной. Применение дизельного топлива с утяжеленным фракционным составом, вследствие плохой его испаряемости, приводит к несвоевременному воспламенению и плохому сгоранию, дымному выхлопу и ухудшению топливной экономичности. Такое топливо затрудняет, пуск холодного двигателя, особенно при низких температурах. Метод определения фракционного состава дизельного топлива принципиально не отличается от описанного метода определения фракционного состава бензина.
Самовоспламеняемостью называется способность дизельного топлива воспламеняться без источника зажигания. Самовоспламеняемость топлива оценивается цетановым числом, и от нее зависит протекание процесса-сгорания топлива в цилиндрах двигателя. Для нормальной работы двигателя необходимо, чтобы топливо самовоспламенялось и в дальнейшем энергично сгорало, вызывая интенсивное, но достаточно плавное нарастание давления. В этом случае будет иметь, место так называемая мягкая работа двигателя, т.е. не будет перегрузки его деталей, будет развиваться максимальная мощность и обеспечиваться необходимая топливная экономичность. Если же топливо самовоспламеняется не своевременно, а с запаздыванием, то это приводит к жесткой работе двигателя, напоминающей работу карбюраторного двигателя с детонацией. При жесткой работе детали двигателя работают с перегрузкой, что приводит к ускоренному их износу и даже поломкам, перерасходу топлива, дымному выхлопу и снижению мощности.
Цетановым числом топлива называется показатель его самовоспламеняемости, численно равный процентному (объему) содержанию цетана в такой его смеси с метил-нафталином, которая равноценна данному топливу по самовоспламеняемости при испытании в стандартном двигателе. Цетановые числа дизельных топлив зависят от их химического и фракционного состава. Наиболее высокие цетановые числа у парафиновых углеводородов, более низкие - у нафтеновых, и самые низкие - у ароматиков. От величины цетанового числа зависят пусковые свойства дизельного топлива. У топлива с более высоким цетановым числом лучшая самовоспламеняемость и двигатель на нем лучше запускается. Цетановое число дизельного топлива может быть повышено с помощью высокоцетановых компонентов или специальных присадок.
Согласно техническим условиям цетановое число у топлив должно быть не менее 45.
Интенсивность износа деталей двигателя зависит от коррозионных свойств топлива, самовоспламеняемости и наличия в нем механических примесей. В зависимости от качества топлива интенсивность износа деталей двигателя может возрастать более чем в 2 раза. Изза недостаточного качества топлива увеличиваются затраты на техническое обслуживание двигателя, так как появляется необходимость в проведении работ или же их приходится выполнять через более короткие межсмотровые пробеги.
Коррозионные свойства дизельных топлив, как и бензинов, зависят от содержания в них серы и сернистых соединений, щелочей, минеральных и органических кислот. Наиболее агрессивными являются активная сера, минеральные кислоты и щелочи. Поэтому их присутствие в дизельном топливе не допускается даже в незначительных количествах.
Кислотность характеризует содержание органических кислот в дизельном топливе и не должна превышать 5 мг КОН на 100 см3 топлива.
Содержание водорастворимых кислот и щелочей в дизельном топливе не допускается. В зависимости от содержания в дизельном топливе смолистых веществ и непредельных углеводородов проявляется его способность к образованию отложений и нагара в камере сгорания, на клапанах, форсунках и других деталях двигателя. Отложения нарушают нормальный режим работы двигателя (перегрев, ухудшение продувки и очистки от отработавших газов), приводят к ухудшению топливной экономичности и снижению мощности, Закоксование, например, распыливающих отверстий форсунки вызывает нарушение подачи топлива, а иногда обрыв головок форсунок. Причиной образования нагара могут также служить высокая вязкость и плохая испаряемость топлива.
Коксуемость выражается количеством в процентах образовавшегося твердого углистого остатка (кокса) после коксования навески топлива в специальном приборе. Коксуемость 10% остатка не должна быть больше 0,3% по всем маркам топлив.
Содержание золы определяется количеством в процентах остатка, образовавшегося после сжигания навески испытуемого топлива при помощи фитиля из бумажного обеззоленного фильтра и прокаливания твердого остатка до постоянного веса. Зола повышает нагарообразование в двигателе и может, попадая в масло, вызывать ускоренный износ. Техническими условиями содержание золы допускается не более 0,01% для всех марок дизельного топлива.
Температура вспышки ограничивает содержание в топливе наиболее легких фракций и характеризует его огнеопасность. Температура вспышки - это та наименьшая температура, до которой нужно нагреть дизельное топливо в закрытом тигле, чтобы его пары образовали с воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Температура вспышки должна быть не ниже 35 °С для всех марок дизельного топлива.
2. Марки дизельного топлива и их применение
При выборе сорта топлива для судовых дизелей учитывают: - стоимость топлива;
- конструкцию двигателя (частоту вращения, способ смесеобразования);
- конструкцию топливной системы (наличие систем подогрева и очистки топлива, отдельных систем для использования легких и тяжелых сортов топлива, особенности топливной аппаратуры);
- режим работы двигателя.
Учитывая многообразие судовых дизелей, разнообразие их эксплуатационных режимов, определяемых назначением судов, конструктивные различные особенности топливных систем, отечественная нефтеперерабатывающая промышленность выпускает несколько сортов топлива. В зависимости от способа получения и физико-химических свойств эти сорта можно разбить на дистиллятные и тяжелые.
К группе дистиллятных относятся дизельные и газотурбинные топлива.
Дизельные топлива получают из керосиногазойлевых фракций прямой перегонки и крекинга нефти. В судовых дизелях могут быть использованы несколько марок дизельных топлив.
Топливо для быстроходных дизелей: - ДА - дизельное арктическое; наиболее легкое из дизельных топлив; имеет наиболее высокое цетановое число; предназначено для использования при температуре окружающего воздуха ниже -30° С;
- ДЗ - дизельное зимнее; предназначено для использования при температуре окружающего воздуха выше -30° С;
- ДЛ - дизельное летнее; предназначено для использования при температуре окружающего воздуха выше 0° С;
- ДС - дизельное специальное.
Топливо автотракторное А - арктическое;
3-зимнее; Л-летнее; С-специальное; применяются в условиях, соответствующих использованию марок ДА, ДЗ, ДЛ, ДС.
Топливо для транспортных тепловозных и судовых дизелей марок ТЛ, ТЗ.
Газотурбинное топливо получают в процессе замедленного коксования. Так как при этом в качестве сырья используют остаточные продукты переработки нефти, то его стоимость получается относительно низкой.
Малая вязкость и низкая стоимость газотурбинного топлива позволяют использовать его вместо дизельного в малооборотных двигателях на маневрах и в среднеоборотных - на всех режимах.
Однако, являясь продуктом вторичной переработки нефти, газотурбинное топливо по качественным показателям значительно уступает дизельному и моторному и обладает недостатками, затрудняющими его широкое применение: повышенной температурой застывания, низким цетановым числом, склонностью к значительному нагарообразованию и отложению смолистых составляющих.
Основным критерием для классификации тяжелых топлив является вязкость, в зависимости, от которой топлива можно разделить на средневязкие и высоковязкие.
К топливам средней вязкости относятся: моторное ДТ, представляющее собой смесь мазута с керосиногазойлевыми фракциями; предназначено для использования как в малооборотных, так и среднеоборотных дизелях. Более высокая вязкость и более низкое качество по сравнению с дизельным топливом требуют предварительного подогрева и более тщательной очистки моторного топлива перед подачей в цилиндры. Дополнительные затраты на подогрев и очистку наряду с относительно высокой стоимостью ограничивают применение моторного топлива областью среднеоборотных дизелей. В установках со среднеоборотными дизелями, топливная система которых не оборудована подогревом, вместо моторного топлива применяют маловязкое газотурбинное.
Показатели топлив в зависимости от условий применения приведены в табл. 1.
Таблица 1. Основные показатели дизельных топлив в зависимости от условий применения
Марки1
Показатели Л 3 А Аркти - летнее зимнее ческое
Фракционный состав: 50% перегоняется при температуре, 280 280 255
°С, не выше
96% перегоняется при температуре 360 340 330
(конец перегонки). °С, не выше
Температура самовоспламенения, «С 300" 310 - 330
Массовая доля серы% в топливе вида! 0; 2 0,2 0,2
II, не более 0,4 " 0,5 0,5
Массовая доля меркаптановой серы, %», не более 0,01 0,01 0,01
Техническими требованиями; не допускается содержание сероводорода и водорастворимых кислот и. щелочей.
В-зависимости от содержания массовой доли серы установлено 3 вида дизельных топлив: I - массовая доля серы - не более 0,05%;
II - массовая доля серы - не более 0,1%;
III - массовая доля серы - не более 0,2%.
Основные способы получения топлив
Принципы получения топлив. Получение топлив для двигателей внутреннего сгорания - сложный процесс, включающий получение первичных его компонентов, их смешивание и улучшение присадками до товарных показателей качества в соответствии с требованиями стандартов. Первоначальным сырьем топлив традиционно является нефть.
Различают две группы способов переработки нефти с целью получения топлив и смазочных материалов: 1) способы, не изменяющие индивидуальных углеводородов;
В первую группу входят процессы прямой перегонки, т.е. разделение нефти на отдельные фракции в зависимости от температуры их кипения. Перегонка нефти (дистилляция) - процесс, обязательный для получения естественных фракций бензина, дизельного топлива и других содержащихся в нефти фракций.
В зависимости от месторождения нефть содержит 10-15% бензиновых фракций, 15-20% топлива для реактивных двигателей, 15-20% дизельного топлива и примерно 50% мазута, который, в свою очередь, является сырьем для получения различных смазочных материалов.
Вторая группа включает процессы вторичной переработки нефти, принцип которой основан на термическом разложении индивидуальных углеводородов, позволяющем существенно увеличить выход из нефти бензиновых и других фракций, улучшить их показатели качества (детонационную стойкость, химическую стабильность и пр.).
К способам вторичной переработки относят термический и каталитический крекинг, каталитический риформинг, пиролиз, гидрокрекинг, алкилирование и пр. Рассмотрим способы переработки нефти более подробно.
Первичная (прямая) переработка Все современные нефтеперерабатывающие установки имеют секции первичной переработки. Их задача - разделить нефть на отдельные фракции. Для этого используют сложный комплекс автоматизированных аппаратов.
Фракции, выкипающие до 330-350 °С, выделяются на установках под атмосферным давлением. Такие установки носят название атмосферных. Отгонять из нефти фракции, выкипающие при более высокой температуре, при атмосферном давлении нельзя, так как в этих условиях разложение углеводородов (крекинг) начинается раньше, чем их выкипание.
Для более глубокого фракционирования, т.е. выделения масляных фракций, давление в установках понижают до 4-6 КПА. При этом понижается температура кипения углеводородов, что позволяет продолжить дистилляцию (перегонку) и получить уже не только топливные, но и масляные фракции. Такие установки называют вакуумными. Объединенные в единый комплекс атмосферная и вакуумная установки носят название атмосферно-вакуумной установки.
В атмосферных секциях выделяются следующие фракции: 1) углеводородный нефтяной газ;
2) бензин, выкипающий в диапазоне 35-205 °С;
3) топливо для реактивных двигателей (120-315 °С);
4) дизельное топливо (180-360 °С).
Оставшийся мазут подается в вакуумные секции, где под вакуумом фракционируется на легкие, средние и тяжелые масла. Если мазут предназначается для использования в качестве котельного топлива, отгоняют только его фракцию. После отгона из мазута дистиллятных масляных фракций или фракций котельного топлива остается гудрон. Гудрон уже при 30-40 °С застывает, образуя твердую массу. Его используют как сырье для приготовления битума или масел очень высокой вязкости.
Для перегонки нефть нагревают в трубчатых печах.
Это большие и сложные сооружения, нагревающие до 1000 т сырья в 1 ч при тепловой нагрузке до 4,2-10е КДЖ/ч и КПД печи 70-80% (КПД печи - отношение теплоты, переданной продукту, к теплоте, полученной при сгорании топлива). Из трубчатой печи нагретую до высокой температуры нефть и испарившиеся фракции направляют в специальную установку, называемую ректификационной колонной, которая представляет собой вертикально установленный прочный металлический цилиндр с наружной теплоизоляцией.
Внутри колонны поперек цилиндра расположены перегородки с отверстиями, прикрытыми колпачками (колпачковые тарелки). Часть колонны, лежащая на уровне ввода нагретого в трубчатой печи продукта, является испарительной (эвапорационной) зоной. Пары из этой зоны поднимаются в верхнюю часть колонны, проходя через колпачковые тарелки, где постепенно охлаждаются и конденсируются на тарелках различного температурного уровня. Чем выше расположены колпачковые тарелки, тем более легкие (т.е. более низкокипящие) фракции на них конденсируются. Для лучшей конденсации в верхней части колонны установлено устройство для орошения. В качестве орошающей жидкости используют фракции нефти того температурного диапазона, продукты которого выводятся из колонны в паровой фазе.
Схема комплексной атмосферно-вакуумной установки современного нефтеперерабатывающего производства приведена на рисунке.
Вторичная переработка нефти методами термической деструкции и синтеза Возрастающая потребность в производстве топлив и ограниченность их содержания в исходном сырье сделали необходимым применение вторичной переработки нефти, позволяющей значительно увеличить выход топливных фракций (например, выход бензина может возрасти с 20 до 60%).
Идея практического использования расщепления углеводородов нефти путем воздействия высоких температур была выдвинута русским инженером В.Г. Шуховым еще в 1891 г. Теоретические основы этой идеи разработал русский химик А.А. Летний, описавший в 1875 г. процесс разложения тяжелых углеводородов на более легкие путем их нагревания. Слово «крекинг» от английского crack (расщепляться) обозначает ряд процессов термической деструкции углеводородов.
Разработаны, изучены и нашли практическое применение несколько видов крекинга: термический, каталитический, гидрокрекинг, каталитический риформинг. Термический крекинг. Механизм и направление термической деструкции зависят от термодинамической вероятности протекания определенного процесса в данном направлении до достижения равновесного состояния. Термодинамическая вероятность протекания какого-либо процесса деструктивных превращений определяется величиной изменения энергии Гиббса, т.е. части внутренней энергии тела, которая может быть превращена в работу.
Механизм распада алканов основан на различной энергии диссоциации связей С-С и С-Н. Энергия диссоциации связи С-С меньше, поэтому деструкция нормальных алканов, как правило, происходит вследствие разрыва связи С-С. Место разрыва зависит в основном от давления и температуры. Чем выше температура и меньше давление, тем ближе к концу молекулы происходит ее разрыв. Таким образом, представляется возможность управлять процессом деструкции.
При температуре около 450°С деструкция алканов происходит посередине цепи. Например, алкан С18Н38 (октадекан), имеющий температуру кипения 317,5°С и плотность 782 кг/м3, распадается на алкан С9Н20 (нонан) с температурой кипения 150,8 °С и плотностью 718 кг/м3 и на алкен С9Н18 (нонилен) с температурой кипения 146,9 °С и плотностью 729 кг/м33 (плотность указана при температуре 20 °С).
Значительно сложнее механизм крекинга алкенов и алкадиенов. Несмотря на то, что в исходных продуктах этих групп углеводородов чаще всего нет, возникновение их в процессе термической деструкции и их последующие превращения серьезно влияют на состав конечных продуктов.
В ненасыщенных углеводородах не все связи С-С равнопрочны. Наименьшей прочностью обладают так называемые бэтта-связи; по ним и происходят наиболее вероятные разрушения молекул алкенов и алкадиенов, причем последние расщепляются менее активно, чем алканы, а значительная их часть полимеризуется и уплотняется.
Цикланы в условиях крекинга теряют боковые цепи, которые, отделившись от кольца, расщепляются так же, как алканы; одновременно происходит дегидрирование цикланов.
В настоящее время термический крекинг изза низкого качества получаемых продуктов (бензинов), не удовлетворяющих требованиям современных двигателей, почти полностью вытеснен другими, более современными методами вторичной переработки нефти. Новые установки термического крекинга теперь не строят, а действующие по возможности переоборудуют в установки каталитического крекинга и других современных процессов.
Каталитический крекинг. Основным современным методом, позволяющим получать высококачественный и стабильный бензин из тяжелых фракций, выкипающих при температуре 300-500 °С, является каталитический крекинг. От термического он отличается применением катализаторов, в присутствии которых процессы деструкции идут в направлении образования изомерных, наиболее ценных для бензинов углеводородов.
Процесс протекает при давлении 0,14-0,18 МПА и температуре 450-500 °С. В качестве катализатора используют природные алюмосиликаты; пористая структура катализатора (1 г катализатора обладает активной поверхностью до 400-500 м2) обеспечивает высокую активность алюмосиликатов.
В последнее время ряд установок переводят на новые цеолитсодержащие катализаторы, которые активнее алюмосиликатов, а главное - еще больше повышают содержание в бензине изомерных соединений и уменьшают количество ненасыщенных углеводородов.
Необходимо обеспечить периодическое удаление с поверхности катализатора смолистых отложений и кокса, образующихся от соприкосновения с углеводородами сырья и получаемых продуктов. Чаще всего смолистые отложения просто выжигают при температуре 550 - 680 °С пропусканием через катализатор воздуха.
Характерной особенностью каталитического крекинга является избирательная активность к различным типам углеводородов, а также высокая скорость протекания реакций, значительно большая, чем при термическом крекинге. Кроме того, здесь активно развиваются процессы изомеризации, обусловливающие особую ценность получаемых продуктов, и особенно бензина.
В результате каталитического крекинга получаются продукты, в которых содержание изоалканов и ароматических углеводородов достигает 55%, цикланов 20-25%; алкены и алкадиены, характерные для продуктов термического крекинга и являющиеся основной причиной их низкого качества, составляют всего 5-9%; общий выход бензиновых фракций достигает 50% и более.
Целевым продуктом каталитического крекинга является бензин высокой детонационной стойкости (октановое число от 87 до 91 по исследовательскому методу).
Гидрокрекинг. В продуктах термического и даже каталитического крекинга всегда наблюдается недостаток водорода. Это основная причина содержания в них непредельных углеводородов; поэтому и выход бензинов не превышает 40-50% от исходного сырья.
Гидрокрекинг представляет собой разновидность каталитического крекинга в присутствии водорода. Гидрокрекинг кроме увеличения выхода целевого продукта может быть использован и для гидроочистки продукта, в первую очередь, от серы, что имеет большое значение, особенно при переработке сырья с высоким ее содержанием.
Гидрокрекинг осуществляют при температуре 420-500°С и давлении 3-10 МПА. Массу исходного сырья вместе с катализатором пропускают через реактор, в который под давлением подается водород.
В результате первой стадии процесса получается обычно широкая фракция с концом кипения 300-350 °С. Этот продукт подвергается дальнейшей обработке, при которой температуру снижают до 380-450 °С, а давление водорода поддерживают на уровне 10 МПА.
В качестве катализатора используют сульфиды вольфрама и молибдена, а также другие соединения, в том числе на основе платины. Последнюю не применяют при переработке сырья с высоким содержанием сернистых соединений, которые оказывают отрицательное влияние на платиновый катализатор. В качестве носителя катализатора применяют синтетические алюмосиликаты.
Изменяя режим гидрокрекинга (давление, температуру и объемную скорость подачи реагентов), можно получать необходимые фракционный и групповой химические составы целевого продукта (бензина, реактивного или дизельного топлива). Остаточные продукты переработки можно вводить в процесс повторно.
Гидрокрекинг, в частности, широко используют при получении топлив для турбореактивных двигателей из сернистых мазутов. Сырьем могут быть и бензиновые фракции, тогда целевым продуктом являются сжиженные газы (бутан-пропановые фракции).
Процесс осуществляется под давлением водорода до 25 МПА.
Каталитический риформинг. В отечественной нефтеперерабатывающей промышленности риформинг занимает важное место и является основным способом производства высококачественных бензинов (в частности, бензинов АИ-93 и АИ-98).
Если в качестве катализатора используют платину, то риформинг называют платформингом. Сырьем для риформинга являются бензиновые фракции с началом кипения обычно выше 110 °С. Каталитический риформинг оосуществляют при температуре 470-530 °С и давлении 2-4 МПА.
Утилизация тяжелых остатков крекинга может быть проведена коксованием, которое проводится при атмосферном давлении и температуре 550 °С. При таком режиме тяжелые углеводороды превращаются в кокс и жидкие фракции, из которых можно получить бензин; кроме того, образуются нефтяные газы.
Высокооктановые компоненты бензина получают из побочных продуктов крекинга и коксования. Целевыми продуктами процесса являются изооктан (октановое число 100), алкилат (алкилбензин) и алкилбензол.
Все эти продукты широко применяют как добавки к товарным бензинам для повышения их детонационной стойкости. В нефтеперерабатывающей промышленности широко внедряются комплексные автоматизированные установки. В перерабатывающие комплексы включаются установки по вакуумной перегонке мазута и висбре - кйнга (легкого термического крекинга) гудронов, а также установки гидрокрекинга. Это позволяет значительно увеличить выход светлых нефтепродуктов Очистка, легирование и получение топлив товарных марок. Для удаления из топлив нежелательных и вредных продуктов применяют различные методы очистки. Наиболее традиционным методом является щелочная очистка, которая позволяет удалить из топлива органические кислоты, сероводород и другие соединения серы. Нефтяные кислоты образуют со щелочью соли, хорошо растворимые в воде и таким образом выводимые из очищаемого продукта.
Для щелочной очистки бензинов и дизельных топлиз применяют 10%-ный раствор NAOH. Причем при очистке бензинов каталитического крекинга важно обеспечить концентрацию щелочи к моменту окончания очистки не менее 4%, так как иначе содержание фактических смол в очищенном бензине может оказаться чрезмерно высоким.
Перспективны методы избирательной адсорбции с применением молекулярных сит (цеолитов), существенно улучшающие показатели качества бензинов.
Самым эффективным и перспективным методом очистки является гидроочистка. Принципы ее сходны с принципами гидрокрекинга. В присутствии катализатора и водорода идет процесс гидрирования (насыщения) непредельных углеводородов; одновременно почти полностью удаляются соединения серы. Поэтому продукты гидрокрекинга обычно не нуждаются в дальнейшей очистке.
Для улучшения низкотемпературных свойств топлив (в первую очередь дизельных) применяют депарафинизацию, т.е. селективное удаление парафина. В качестве растворителей используют ацетон, жидкий пропан, дихлорэтан и другие жидкости с низкой температурой кипения. Смесь охлаждают и после застывания парафина фильтруют. Парафин остается на фильтре, а растворители после их отгонки снова используют для очистки топлива.
Присадки к топливам подразделяют по их целевому назначению. Разработаны и широко применяют следующие группы присадок.
I группа. Присадки, улучшающие процесс сгорания топлива в двигателях. В эту группу входят антидетонаторы, присадки, уменьшающие нагарообразование, сокращающие задержку воспламенения, и противодымные присадки.
II группа. Присадки, способствующие сохранению первоначальных показателей качества топлива. К ним относятся антиокислительные присадки, замедляющие процессы окислительной полимеризации в топливе, присадки-деактиваторы металлов и диспергирующие присадки, препятствующие выделению различных осадков из топлив.
III группа. Присадки, предотвращающие вредное воздействие топлив на топливную аппаратуру, топливопроводы, емкости для хранения и топливные баки. К этой группе относятся противоизносные и противокоррозионные присадки.
IV группа. Присадки, облегчающие эксплуатацию двигателей при низких температурах. Сюда входят вещества, понижающие температуру застывания топлив (депрессаторы), а также присадки, предотвращающие выделение кристаллов льда. В зависимости от назначения топлив в них вводят композиции из перечисленных видов присадок. Для бензинов, например, чаще всего применяют антидетонаторы и антиокислительные присадки.
Получение газообразных топлив Газообразные топлива получают разными путями: природные газы добывают из газовых месторождений, нефтяные газы получают при переработке нефти как побочный продукт различных крекинг-процессов или как головные фракции прямой перегонки нефти, коксовый и доменный газы образуются при коксовании углей и при выплавке чугуна.
Каким бы способом не получали газ, его перед тем, как использовать в качестве топлива для двигателей, подвергают очистке и другим процессам, повышающим его качество (например, метанизации, т.е. обогащению метаном для увеличения теплоты сгорания).
В настоящее время практическое применение как топливо для двигателей получили только природные и нефтяные газы, а из них в основном пропан и бутан, которые используют в сжиженном состоянии.
Получение топлив синтезом из газов Синтез жидких углеводородных топлив типа бензинов может быть осуществлен без использования такого уникального невосстанавливаемого природного сырья, каким является нефть. Запасы нефти в мире ограниченны, и поэтому получение синтетических топлив имеет большое значение.
Принципиальная возможность получения углеводородов из оксида углерода и водорода была доказана в 1908 г. русским химиком Е.И. Орловым. В современных процессах синтеза в присутствии торий-кобальт-магниевого катализатора при соотношении 1: 2 исходного сырья СО и Н2 и температуре 180-210 °С углеводороды образуются по схеме: NCO (2n 1) Н2 -> CNH2n 2 NH20
NCO 2NH2 -> CNH2n NH2О.
При проведении процесса при атмосферном давлении получают бутан-пропановую и легкие бензиновые фракции. Газовые фракции используют в качестве топлива в виде сжиженных газов, а бензиновые фракции подвергают полимеризации в присутствии катализатора при давлении до 20 МПА. Далее продукт фракционируется на бензин, дизельное топливо, тяжелую жидкую фракцию и парафин.