Химмотология на нефтените гориво-смазочни материали същност и задачи на химмотологията и трибологията

1. 
   Същност и задачи на химмотологията и трибологията.
   

Основен източник за получаването на горива, смазочни материали и специални течности е нефтът. Неговите продукти намират все по-голямо приложение в транспортната и земеделската техника и изобщо в машиностроенето. Поради това въпросът за тяхното икономично и компетентно използване придобива особено важно значение. От друга страна, качествата на използваните горива, смазочните материали и присадки към тях в голяма степен определят трайността на много части на механизмите и машините, в това число и на двигателите с вътрешно горена. Употребата на нестандартни и некачествени горива и смазочни материали нанася големи загуби на икономиката поради понижения срок на работа на двигателя [4].

В същото време възникват проблеми със суровинните източници и производствените ресурси. Всичко това налага необходимостта от ново направление в областта на науката, което да дава теоретически и практически познания за рационалната употреба на гориво-смазочните материали (ГСМ).

В началото на 60-те години на ХХ век по предложение на съветските учени проф. К. К. Папок и инж. В. В. Никитин това направление се нарича химмотология. Названието е производно на думите “химия”, “мотор” и “логия” (наука). Основите на химмотологията са изградени въз основа на схващането, че конструкцията на двигателите и различните механизми, качеството на използваните в тях ГСМ и начинът на експлоатация на техниката се намират в единна химмотологична зависимост[23]

Тъй като изучава широк кръг въпроси, възникващи в четиризвенната система гориво – смазочен материал – двигател (машина) – експлоатация, химмотологията се намира на границата между химията, технологията на нефта, топлотехниката, двигателостроенето и др.

Двигател

(машина)

Експлоатация

Гориво

Смазочен

материал

Най-важните задачи на химмотологията са [4,23]:

• 
  оптимизиране в качествено и количествено отношение физико-химичните и експлоатационни свойства на ГСМ;
  
• 
  повишаване ефективността на използваните ГСМ, като се разработват научно обосновани норми за разход на ГСМ и унификация на различните видове и марки от тях;
  
• 
  създаването на нови и усъвършенстване на съществуващите методи за оценяване на качествата на ГСМ;
  
• 
  разкриване на оптимални условия, осигуряващи запазване на качеството, понижаване на загубите и възстановяване качествата на ГСМ при съхранение, транспортиране и употреба;
  
• 
  усъвършенстване техническите характеристики на двигателите и машините.
  

От друга страна проблемите, свързани с триенето, износването и смазването на машините и механизмите, са предмет на наука, близка до химмотологията, наречена трибология (от гръцкото “трибос” – триене и “логос” – наука). Нейните основни задачи се свеждат до намаляване на триенето и износването и оттам икономия на енергия, осигуряване на нормална експлоатация на производствените мощности с най-малко разходи при рационално използване на смазочните материали и правилно техническо обслужване [4].

Трибологията се развива в три основни насоки – трибохимия, трибофизика и трибомеханика.

Трибохимията разглежда химичната природа на смазочните материали и химичното им взаимодействие със смазваните повърхности, трибофизиката – техните капилярни свойства при взаимодействието им със смазваната повърхност, а трибомеханиката – свойствата им като флуиди. Независимо от тези чисто научни направления обект на трибологията са всички проблеми на смазочната техника, към която спадат методите за изследване експлоатационните свойства на смазочните материали и начините за тяхното най-рационално приложение.[12]

2. 
   Основни изисквания към качеството на нефтените горива и смазочни материали.
   

Химмотологията разделя условно свойствата, които определят качествата на нефтените ГСМ в три групи: физико-химични, експлоатационни и екологични [23].

Към физико-химичните свойства се отнасят свойствата, определени в лабораторни условия (например: плътност, вискозитет, пламна температура и т.н.).

Към експлоатационните свойства се отнасят тези, които се проявяват в двигателите и механизмите в резултат на употребата на нефтените ГСМ (например: детонация, нагарообразуване, детергентни свойства, корозионно въздействие, влияние върху различни материали и т.н.).

Към екологичните свойства се причисляват всички, които оказват някакво въздействие върху околната среда (например: пределни допустими концентрации на токсични вещества в отработилите газове, влияние върху плодородния слой на почвата и т.н.).

Качеството на нефтените ГСМ се оценява чрез лабораторни и специални методи на изпитване. При лабораторните методи се установяват физико-химичните показатели на горивата и смазочните материали, като може да се предвиди и косвена оценка на отделни функционални свойства. Използват се най-вече в научно-изследователската работа и дават възможност да се изясни смисълът от продължаване на изследванията.

По този начин, чрез установена съвкупност от квалификационни методи и резултатите от стандартни анализи, може да се обезпечи по-надеждна информация. В същото време значително се съкращава времето за изпитване и се намаляват материалните и трудови загуби.

Стендовите изпитания се провеждат в реални двигатели или механизми по предварително установени програми. Стендовете са оборудвани със специална измервателна апаратура, която позволява да се определят необходимите характеристики в работни условия. Те дават възможност бързо да се направи оценка на определена съвкупност от експлоатационни свойства. Обикновено се провеждат при утежнени режими и дават много точна информация за свойствата на приготвения образец.

3. 
   Химичен състав на нефта.
   

Нефтът, добиван от земните недра, представлява маслообразна течност с тъмен цвят (от тъмно сив, почти черен, до сиво-кафяв или сиво – зелен) и плътност от 770 до 985 kg/m³ . Представлява сложна смес, състояща се от голям брой химически съединения с различно молекулно тегло и физически свойства (температура на кипене, плътност и т.н.). Поради това, ако нефтът постепенно се нагрява, то в парообразно състояние преминават отначало съединенията с най-низка температура на кипене, а след това все по-висококипящите. На това е основана и опростената преработка на нефта – така наречената първична дестилация на нефта[3].

По отношение на химическия състав, съдържанието в различните видове нефт на основните елементи – въглерод и водород, се колебае в относително тесни граници; кислорода, азота и сярата присъстват в нефта в малки количества в сравнение с основните елементи, но пък съдържанието им се колебае в по-широки граници.

Състои се от следните елементи [3]:

• 
  въглерод (С) – от 83 до 87 %;
  
• 
  водород (Н) - от 11 до 14 %;
  

• 
  сяра (S) – от 0,01 до 5,5 %;
  
• 
  кислород (О) – от 0,1 до 1,3 % ;
  
• 
  азот ( N) – от 0,03 до 1,7 % .
  

Нефтът се състои от три вида въглеводороди: алканови (парафинови), циклоалканови (нафтенови) и ароматни (арени). Освен това съдържа кислородни, серни, азотни и други съединения. При термичната преработка на нефта от него се получават и ненаситени въглеводороди (алкени) [4].

Първите представители на алканите – метан, етан, пропан и бутан са газове. Използват се като газообразно гориво с много добри антидетонационни свойства. Въглеводородите, които съдържат в молекулата си от 5 до 15 въглеродни атома, са течности, а с 16 и повече въглеродни атоми са твърди вещества.

Наситените въглеводороди с права верига (нормална) се означават с n, а с разклонена верига (изоформите) с i.

Изомерите на наситените въглеводороди се отличават с по-ниска температура на кипене и топене от нормалните наситени въглеводороди, което се дължи на разклонената им верига. Тези въглеводороди са много по-устойчиви на окисление при високи температури, което има важно значение за качествата на горивата за двигателите с вътрешно горене.

Наситените въглеводороди имат малка реакционна способност. Те са устойчиви на силни киселини и основи. При ниски температури парафиновите въглеводороди не взаимодействат с кислорода, докато при високи температури те изгарят с отделяне на голямо количество топлина – около 47 000 kJ/kg. Тези въглеводороди са по-богати на водород в сравнение с останалите въглеводороди и имат по-големи топлини на изгаряне. Поради високата температура на кристализация на наситените въглеводороди с права верига присъствието им в горивата и маслата се ограничава.

Циклоалкановите въглеводороди представляват наситени въглеводороди с циклична структура и имат обща формула C_nH_2n. Циклоалкановите въглеводороди са основната маса на горивата и маслата – около 70%.

Цикличният строеж и устойчивостта на ядрата определят и високата химична стабилност на този тип въглеводороди. Поради ниската температура на кристализация те са желан компонент в маслата и зимните дизелови горива. Имат малко по-ниска топлина на изгаряне от наситените въглеводороди (около 46 500 kJ/kg), но са детонационно устойчиви и затова се предпочитат за компоненти на карбураторните горива.

Циклоалкановите въглеводороди с дълга странична верига се съдържат в маслата. Те имат сравнително висок вискозитет и осигуряват добри вискозитетно-температурни свойства на маслата.

Представител на ароматните въглеводороди е бензолът (бензен) с емпирична формула C₆H₆. Той и неговите производни съдържат в молекулата си ароматно ядро, което е изградено от шест атома въглерод. Цикличната структура и равномерното разпределение на електронната плътност около всички въглеродни атоми обуславя здравината на ароматното ядро. Това обяснява високата детонационна устойчивост на бензола и неговите хомолози. Затова те са желани компоненти за горивата на карбураторните двигатели.

Най-често срещаните в горивата ароматни въглеводороди са бензолът, толуолът, ксилолите и други.

Ароматните въглеводороди имат по-висока температура на кипене и топене в сравнение с алканите и циклоалканите със същата молекулна маса.

Бензолът е малко разтворим във вода и добре разтворим в някои алкохоли. Тези физични свойства на ароматните въглеводороди и по –специално на бензола се обясняват със способността на неговото ядро да се поляризира.

Поради високото съдържание на въглерод ароматните въглеводороди изгарят с отделяне на голямо количество сажди, които замърсяват горивната камера. Затова тяхното присъствие в бензина се ограничава до 40 - 45 %. Ароматните въглеводороди атакуват каучуковите уплътнения и имат малки топлини на изгаряне в сравнение с първите две групи въглеводороди. Съдържанието им в нефта е от 5 до 20 %.

Към ненаситените въглеводороди спадат алкени, диени и други. Те се образуват при преработването на нефта или фракциите му чрез термични и каталитични процеси. За тези съединения са характерни присъединителните реакции. Като ненаситени съединения те втъпват и в полимеризационни реакции с краен продукт смоли. Ненаситените въглеводороди лесно полимеризират (осмоляват се) в присъствие на кислород и затова се отстраняват от нефтопродуктите.

Кислородни съединения в нефта се срещат под формата на карбоксилови (мастни) киселини (RCOOH), нафтенови киселини (C_nH_2n-1COOH), алкохоли (ROH), естери (RO.OCR) и етери (ROR). Органичните киселини взаимодействат с цветните метали и то толкова по-силно, колкото е по-малка молекулната им маса. Затова при очистването на нефтопродуктите киселините се отстраняват с воден разтвор на NaOH или с други методи.

Серни съединения се съдържат както в нафтените горива, така и в маслените фракции. Наименованията на серните съединения се образуват като пред съответните съединения се постави представката тио-, например тиоалкохол (RSH), тиоестер (R-S-R), дитиокиселина (RSSH) и други.

За разлика от някои кислородни съединения, които не проявяват киселинни свойства (H₂O, ROH), аналогичните серни съединения имат кисел характер и са корозионно действащи (H₂S, RSH).

Според действието си върху металите серните съединения се делят на активни и неактивни съединения. Активните серни съединения причиняват корозия върху металите още при обикновени условия – елементна сяра, сероводород, тиоалкохоли и други. Към неактивните серни съединения спадат сулфидите, тиофените и други. При изгарянето си образуват серни окиси, които причиняват корозия на ДВГ и замърсяват околната среда [4].

Смолно-асфалтовите вещества са сложни по състав и структура съединения, които съдържат в молекулата си кислород, сяра, азот и по-рядко някои метали. В зависимост от разтворимостта си смолно-асфалтовите вещества се разделят на следните групи: смоли, асфалтени, карбени и карбоиди. Те се различават по молекулната си маса, която нараства от смолите към карбоидите. При изгарянето си тези вещества образуват отлагания и замърсяват ДВГ. Смолно-асфалтовите вещества влошават някои свойства на маслата. Затова те се отстраняват чрез очистване на нефтопродуктите с концентрирана сярна киселина, чрез контактиране с белилна пръст и други [4].

4. 
   Класификация на експлоатационните материали, използвани в автотранспортната и земеделска техника.
   

А. Горива

а) автомобилни бензини;

б) дизелови горива;

в) газообразни горива;

г) нови нетрадиционни горива;

д) биодизел.

Б. Масла.

а) моторни;

б) трансмисионни;

в) хидравлични;

г) индустриални.

В. Пластични смазки

а) антифрикционни;

б) консервационни;

в) уплътнителни.

Г. Технически течности

а) охлаждащи течности;

б) спирачна течност;

в) амортисьорни течности;

г) консервационни течности;

д) депресаторни добавки;

е) други.

Д. Конструкционно-ремонтни материали.

а) лакобояджийски материали.

б) пластмаси.

в) каучук и гумени изделия.

г) тапицерски материали.

д) уплътнителни материали.

е) изолационни материали.

По-късно нефта започнал да се преработва по метода на фракционната дестилация.Първата в света промишлена установка за преработка на нефта по този метод била построена през 1823 г. в гр. Моздок (Северен Кавказ) от крепостните селяни, братя Дубиныни.

Сега методите по които се получават горива и масла са основно два – дестилация на нефта и деструктивно преработване на получените нефтени фракции. При атмосферната дестилация на нефта се получават горива, при вакуумната дестилация – масла. Принципната схема на преработката на нефта е показана на фиг.2.1.[27]

Газове

Нефт Мазут Гудрон Асфалт

Течни горива Дестилатни масла Остатъчни масла

Фиг. 2.1. Принципна схема на преработката на нефт

В процеса на преработка на нефта се получават още мазут и гудрон, които намират приложение съответно като горива и или за добиване на асфалт.

Първичната дестилация на нефта представлява процес, при който нефта се разделя на отделни фракции, които се различават по своя температурен интервал на кипене.

Този процес може да се осъществи чрез постепенно нагряване и последователно отделяне на съставните фракции, а така също чрез еднократно нагряване и изпаряване в различни видове тръбни пещи.

В ректификационните колони разделянето на фракции се осъществява по пътя на последователната кондензация в зависимост от температурата им на кипене.

Фиг.2.2. Схема на тръбна пещ

1-горелка; 2-камера; 3-преградна стена; 4-камера; 5-радиантни секции; 6-серпентина; 7-водна секция; 8-тръба.
Обикновената[3] тръбна пещ (фиг.2.2) се състои от две камери, отделени една от друга с недостигаща до върха преградна стена 3. В камера 2 се намира горелка 1 за подгряване на пеща, а в камерата 4 са заложени стоманени тръби, образуващи с помощта на специални съединения непрекъсната серпентина 6.

В камерата 4 е разположена също и водната секция 7 на серпентината за получаване на прегрята водна пара. Нефтът се подава посредством помпа (под налягане 1 МРа и по-високо) по тръбата 8 и преминава по серпентината 6 в направление отдолу нагоре. Серпентината се обмива от подгретите газове, постъпващи от камерата 2 и движещи се в камерата 4 в направление отгоре надолу. Този начин на протичане на двата флуида в противоположни посоки обезпечава постепенно, плавно нагряване на нефта и много-добро използване на топлината на нагретите газове. Преминавайки през серпентината 6 нефтът постъпва в радиантните секции 5, където нагряването му се осъществява не само от горещите газове, но и в резултат на топлинната радиация на факела на горелката.

Получената в тръбната пещ смес от нефтени пари и нагрети до висока температура неизпарени части от нефта постъпват по тръбата 2 (фиг.2.3) в ректификационната колона, представляваща вертикален железен цилиндър с височина 15 – 35 м, покрит отвън с топлинна изолация.[3]

При навлизане в колоната скоростта на движение на сместа от пари и течна фаза рязко намалява, налягането са понижава и относително леките фракции, останали в течната фаза, се доизпаряват. За да се постигне възможно по-пълно изпарение на отделяните от нефта фракции в долната част на колоната чрез дюзи 1 се подава водна пара. Парите на нефта се издигат към горната част на колоната, където тя е разделена с хоризонтални прегради с отвори 6 и калпачета 7, наречени тарелки. (фиг. 2.4) В горната част на колоната чрез система от дюзи 3 се извършва оросяване с течна фаза от нефта.

Фиг. 2.3. Схема на ректификационна колона

1-дюзи; 2, 4 и 8 -тръбопроводи; 3-дюзи за оросяване; 5-тарелкови устройства; 6-отвори; 7-калпачета;
Така върху всяка тарелка има течен слой, през който барботират парите на въглеводородите с с различна температура на кипене.

От течността се изпаряват леките фракции, които се загряват от идващите отдолу пари. Въглеводородите в газовата фаза се охлаждат до температурата им на кондензация и се втечняват. Така се създава поток от течни въглеводороди от върха към дъното на колоната със състав, който се променя върху всяка тарелка. Обратно – отдолу нагоре се движи парната фаза. До върха на колоната достигат най-леките въглеводороди, съставна част на бензина.

По височината на колоната отдолу нагоре температурата непрекъснато се понижава, като на всяка тарелка се установяват определен температурен режим и течна смес от въглеводороди с определени граници на кипене. От различни височини на колоната се отделят следните фракции : бензинова фаза с точка на кипене (т.к.) 40-200⁰ С, лигроинова с т.к. 110-180⁰С, керосинова с т.к. 180-300⁰С, газьолова - соларова с т.к. 300 – 380⁰С. В дъното на колоната се събира течен остатък – мазут с т.к. над 380⁰С.

Всяка фракция преминава през стабилизиращи колони за по пълното отделяне на леките, по-нискокипящите от нея въглеводороди, а след това – през топлообменник за охлаждане.

Фракциите, получени чрез ректификация при атмосферно налягане, се използват за получаване на различни видове горива. Остатъкът от дестилацията на нефта – мазут, от дъното на колоната преминава през топлообменници, където загрява нефта, идващ от резервоарите за подгряване в тръбната пещ.

Мазутът се използва пряко – като котелно гориво или като суровина за получаване на различни видове минерални масла., крекинг-бензин и гудрон. За да се получат смазочни масла, мазутът се подлага на дестилация във вакуумни инсталации, където подобно на първичната преработка на нефта се разделя на дестилатни фракции: соларова, машинна, цилиндрова и остатък, наречен гудрон. Гудронът се обработва чрез ескстракция, за да се получат остатъчни масла, след което се подлага на допълнително окисление за получаване на битум. Битумът се използва за приготвяне на асфалтови покрития на пътищата.[4]

На фиг. 2.4 е показана нефтодестилационна инсталация с тръбна пещ и ректификационна колона. Нефтът Н (фиг.2.4, а) посредством помпата 4 се подава в тръбната пещ 1 преминавайки през серия от топлообменници 6. Нагретият в пещта нефт постъпва в изпарителната част на ректификационната колона 2. От колоната чрез допълнителни неголеми външни колони 3 се отделят: бензинов Б, лигроинов Л, керосинов К, газьолово-соларов ГС дестилат и остатък – мазут М. При наличието в преработвания нефт на голямо количество леки фракции, частично изпаряващи се при нагряването му в топлообменниците 6, в установката се включва и допълнителна неголяма изпарителна колона 5 (фиг 2.4, б). Изпаряващата се част от нефта от тази колона се подава непосредствено в основата на ректификационната колона 2, а течностната част – в тръбната пещ 1.

С увеличаване потреблението на светли нефтопродукти и особено на бензина, количествата, получавани при пряка дестилация на нефта, вече не са могли да удовлетворяват нарастващите потребности. Затова, от началото на втората четвърт на двадесетия век, за нефтопреработвателната промишленост стават все по разпространени деструктивните методи на преработка, с помощта на които могат да се получат светли продукти от най-тежките фракции и даже от мазута.

Фиг.2.4. Схема на нефтопреработвателна установка с тръбна пещ и ректификационна колона

1-тръбна пещ; 2-ректификационна колона; 3-външни колони; 4-помпа; 5-изпарителни колони; 6-топлообменници
Освен това бензинът, който се получава при първичната преработка на нефта, има незадоволителни експлоатационни качества.
2.2. Производство на горива чрез деструктивна преработка.
Разделянето на високомолекулните въглеводороди, съдържащи се в тежките нефтопродукти, с цел получаването на по-лекокипящи, с малко молекулно тегло, се е изучавало още от последните десетилетия на деветнадесетия век.

През 1875 г. и през 1878 г. А.А. Летний публикувал материали, в които е показал, че под действието на високата температура парите на дестилираните нефтопродукти се разлагат на по-летливи въглеводороди.

През 1891 г. В.Г. Шухов завършил напълно и предложил проект за промишлена установка за термично разлагане на тежки нефтопродукти с цел получаването на по-леснокипящи. Това е бил първия в света проект на крекинг-инсталация.

Поради по-малките потребности от горива този проект не получил промишлено приложение. Едва през 1913 г. в САЩ била построена заводска крекинг-инсталация, в която бил осъществен принципа на термичното разделяне на тежките нефтени фракции на по-леки. Процесът получил наименование крекинг, т.е. деструкция, разкъсване, разлагане, вследствие на това, че главната реакция при получаването на продукти с малко и средно молекулно тегло от по-високомолекулен нефт се явява разцепването на молекулите с последващо образуване на нови по следната схема:

С₁₈Н₃₈ С₉Н₂₀ + С₉Н₁₈
(t_кип = 317,5 ⁰ С, (t_кип = 150,8 ⁰ С, (t_кип = 146,9 ⁰ С,

ρ₂₀ = 0,782) ρ₂₀ = 0,718) ρ₂₀ = 0,729)

Крекингът може да протече под действието само на топлина, при нагряване на суровината до температури, обеспечаващи интензивност на реакцията на разлагане (термичен крекинг) или също под действието на топлина в присъствието на катализатор, благоприятстващ развитието на реакцията (каталитичен крекинг). И в двата случая процеса протича без достъп на въздух. [3]

Термичен крекинг. Представлява такъв вид деструктивна преработка, при която разкъсването и изменението на структурата на въглеводородите се извършва под действието на топлината при температура 470-540⁰ С и налягане 2-7 МРа. Добивът на бензин от мазут достига до 30%, а от газьол-до 60%. Октановото число на бензина, което е мярка за детонационната устойчивост на горивата за карбураторни ДВГ, е 70-75. В резултат на термичния крекинг се получават както нискомолекулни наситени въглеводороди, така и ненаситени. Ненаситените са детонационно по-устойчиви от наситените въглеводороди в състава на бензиа, но той не е стабилен, тъй като ненаситените въглеводороди лесно се окисляват и полимеризират до смоли. Затова бензинът, получен по този метод, се нуждае от допълнителна преработка.

Каталитичен крекинг. Това е вид деструктивна преработка на нефтените фракции, при която разкъсването и изменението на структурата на въглеводородите се извършва под действието на топлина в присъствие на катализатор. Като суровина се използва газьолова и соларова фракция от първичната дестилация на нефта. Работната температура е 450-525⁰ С, а налягането е близо до атмосферното. Като катализатори се използват алумосиликати. Бензинът, получен в резултат на каталитичния крекинг, притежава високи антидетонационни свойства и е химически стабилен.

Каталитичен риформинг. Това е такъв вид преработка на бензиновите фракции от първичната преработка на нефта, при която се извършва изменение на структурата на въглеводородите в желано направление под действието на топлина в присъствието на катализатор. Извършва се с цел подобряване на експлоатационните свойства на бензина, който има ОЧ 78-85. Този бензин се подлага на допълнителна преработка, като се нагрява до 500⁰ С под налягане от 2 до 4 МРа в присъствието на водород и катализатор. Ако катализаторът е платинов, процесът се нарича платформинг.

Бензинът, получен чрез каталитичен риформинг, е с високо качество (ОЧ 95) и се използва като високооктанов компонент за получаване на различни видове бензин.

Хидрокрекинг. Представлява деструктивно преработване на нефтени фракции, при което разлагането на въглеводородите е съчетано с тяхното хидриране под действие на топлина, катализатор и водород под налягане. Като суровина се използват газьол, мазут или гудрон. По-важни реакции, които протичат, са: деполимеризация, деструктивно хидриране, хидриране и изомеризация.

Полученият по този начин бензин има октаново число 85-88. [4]

От изложеното се вижда, че каталитичните процеси намират все по-широко приложение във всички области на деструктивната преработка на нефта и следва да се очаква още по-голямо разпространение.
2.3. Очистване и стабилизация на дестилатните горива и минералните масла.

Продуктите, получавани от нефта чрез атмосферна и вакуумна дестилация, в повечето случаи съдържат кислородни, сернисти и други съединения, влошаващи техните качества. Освен това, някои горива (например бензините от термичния крекинг) се получават от инсталациите нестабилни, т.е. неспособни да съхраняват първоначалните си свойства без значително влошаване при транспортиране, съхранение и т.н. Лошата химическа стабилност на горивата може да се появи вследствие на наличието в тях на ненаситени въглеводороди, способни да се окисляват и полимеризират, а по-малката физическа стабилност да се дължи на въглеводороди с такова високо налягане на парите им, че те много лесно се изпаряват.

За горивата, предназначени за ДВГ, крайно нежелателни са смолно-асфалтовите вещества, които предизвикват нагарообразуване в цилиндрите на двигателите. Аналогично действие имат и някои ненаситени съединения, които се съдържат в крекинггоривата. Затова тези съединения трябва да се отстранят.

От маслените дестилати се отделят смолно-асфалтовите вещества, ненаситените въглеводороди, които са потенциален източник на смоли и други.

От горивата и маслата, които се получават от парафинов нефт, се отделят високотопимите парафинови въглеводороди, които в студено време намаляват тяхната течливост.[4]

Затова за да могат горивата и маслата да притежават добри експлоатационни свойства, е необходимо да се подложат на очистване от вредните компоненти и на стабилизация. Приложението на един или друг метод за очистване на нефтопродуктите се извършва в зависимост от изискванията, предявявани към тях и предназначението им.

Очистването на нефтените дестилати се извършва по химични или физико-химични методи или по двата начина:

• 
  очистване по химичен път – чрез използване на сярна киселина(H₂SO₄), натриева основа (NaOH) или други реагенти;
  
• 
  очистване по физико-химичен път – чрез екстракция със селективни разтворители(фурфурол, нитробензол, фенол, ацетон и др.) и чрез контактиране с някои адсорбенти (активирана белилна пръст);
  
• 
  в последно време широко приложение получи методът на хидроочистването.
  

Очистване на нефтопродуктите със сярна киселина.Това е най-стария метод за очистване, който не е загубил своето значение и до днес. Той цели отстраняването на ненаситените въглеводороди, смолите, азотните и серните съединения, които намаляват устойчивостта на нефтопродуктите при съхранение, придават тъмен цвят и влошават качествата им. Нарича се още киселинен метод, при който отпадъчните продукти се отделят под формата на т.н. кисел гудрон.

Очистване на нефтопродуктите с натриева основа. Целта на алкалното очистване е да се отстранят киселите кислородни съединения, някои серни съединения и да се неутрализират остатъците от сярната киселина, сулфокиселините и естерите на сярната киселина, които остават в нефтопродуктите след сернокиселото очистване. В резултат на протичащите химични реакции се отделят соли, разтворими във вода. Част от тези соли остават в нефтопродукта, но се отстраняват чрез следващото промиване с вода.

Разгледаните до тук методи на очистване са еднакво приложими както за горивата, така и за маслата. Обикновено горивата от първичната дестилация се пречистват чрез алкалния метод, а получените чрез крекинг процес се рафинарет чрез киселинно-алкалния метод. [4]

Очистване на маслата чрез разтворители. Този метод се основава на екстракцията на маслото със селективни разтворители, затова се нарича още селективен метод на рафиниране. Избира се такъв разтворител, който разтваря нежеланите компоненти на маслените фракции. Дълбочината на очистване зависи главно от количеството на разтворителя и температурата. Най-често се използват фенол, фурфурол, нитробензол и други. Обработката на нефтопродукта се извършва в екстракционна колона с височина около 25 m. Селективният разтворител се подава отгоре (с по-голяма относителна маса) и среща маслото, което е по-леко и се движи нагоре. Рафинираното масло с малки количества селективен разтворител се отвежда от върха на колоната, а екстрактът (с разтворени ароматни и смолно-асфалтови компоненти) изтича от дъното. [4]

Очистване на маслата с белилна пръст. Белилната пръст представлява природни алумосиликати, в които преобладава SiO₂ , в малки количества се намира Al₂O₃ и в неголеми количества – различни примеси. Действието на белилната пръст при очистването на нефтопродуктите е основано на явлението адсорбция – избирателно поглъщане на определени компоненти от очиствания продукт, произтичащо на границата на паровата или течностна фаза на този продукт и твърдата фаза на адсорбента. За да се увеличи активността й, белилната пръст предварително се активира. За целта маслото се смесва с белилната пръст, сместа се нагрява обикновено при температура 120-300⁰С и се оставя известно време, докато завърши процесът адсорбция. След като се охлади, сместа се филтрува, за да се отдели адсорбентът от маслото.

Белилната пръст притежава много добра адсорбираща способност и благоприятна физическа структура: всяко зърно от раздробената белилна пръст е пронизано с фини пори, капилярни канали и отворчета, вследствие на което сумарната адсорбираща повърхност на 1g белилна пръст достига 150 - 450 m². Интензивността на адсорбиране на различните компоненти от очиствания продукт се определя от тяхната повърхностна активност, зависеща от химическата структура на молекулата. От очистваните с белилна пръст продукти на термичния крекинг се отделят най-малко стабилните, лесно окисляващи се и осмоляващи се ненаситени въглеводороди. Загубите при този метод са значително по-малки, отколкото при очистването със сярна киселина.[3]

Хидроочистване. Този метод се явява най-ефективен при очистване на горивата и маслата от серни съединения и други вредни примеси.

Хидроочистването е химичен процес, който протича във водородна среда в присъствието на катализатор (смеси на окиси на хром и молибден, кобалт и молибден и др.) при сравнително меки условия – налягане 0,1 – 0,4 МРа и температура 375-415⁰ С) При тези условия сярата от серните съединения взаимодейства с водорода, като се получава сероводород. [3]

Добивът на масла при хидроочистването достига 97-99 %, докато при другите методи загубите са значително по-големи. В резултат на хидроочистването качествата на маслата значително се подобряват: вискозитетният индекс се подобрява средно с 2-3 единици; съдържанието на сяра се понижава с 25-40 %, а коксуемостта – с 20 %. Значително се повишава стабилността спрямо окисление, а цветът се подобрява.[4]

За повишаване на химическата стабилност на горивата, съдържащи ненаситени въглеводороди, често се използват специални антиокислители. В числото на практически използваните антиокислители могат да се споменат a-нафтол, фенолни фракции на дървесни смоли и параоксидифениламин. Тези антиокислители се добавят към горивото в стотни и дори хилядни части от процента.

Каталог: tru -> uchebnici -> 16.FTT-IlIliev-StStantchev -> 16.FTT-IlIliev-StStantchev-word
uchebnici -> Молекулярна биология и наследствени болести при домашните животни проф дсн Лилян Сотиров
uchebnici -> Презентация етапи на създаване на презентация Планиране и проектиране на презентацията
uchebnici -> Наследствени болести при конете хромозомни мутации (аберации)
uchebnici -> Полово предавани болести (ппб) сексуално предавани инфекции (спи) Дефиниция
uchebnici -> Acne vulgaris, Rosacea, Dermatitis perioralis
uchebnici -> Четвърта тема икономическо поведение
uchebnici -> 2. хипофизна жлеза

Изтегляне 249.18 Kb.

Сподели с приятели: