|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Нефтяные растворители, ареновые углеводороды, керосины осветительные⇐ ПредыдущаяСтр 17 из 17
13.7.1. Нефтяные растворители. Эти растворители применяют в лакокрасочной и резиновой промышленности в качестве растворителя каучука и для приготовления резинового клея. Кроме этого, нефтяные растворители используют для промывки и обезжиривания металлических изделий и т. д. Существует классификация растворителей в зависимости от углеводородного состава, исходного сырья и технологии получения. Очень важно знать, сколько аренов содержится в растворителе. В табл. 13.8 приведена классификация растворителей по содержанию в них аренов. Доля аренов в растворителях выше 50 % запрещена по экологическим причинам. В маркировку нефтяного растворителя входят пределы выкипания и доля аренов в процентах. Одним из примеров таких растворителей является Нефрас - С2 - 90 / 120. Аббревиатура «Нефрас» обозначает нефтяной растворитель; числитель дроби – температура начала кипения растворителя, оС; знаменатель дроби – температура конца кипения растворителя, оС; буква «С» обозначает, что данный растворитель имеет смешанный состав; индекс «2» при букве «С» указывает, что растворитель содержит не более 2, 5 % аренов. Таблица 13.8 Классификация растворителей по содержанию аренов
Данный растворитель применяют в резиновой промышленности. Он имеет второе название – «Галоша». Другим примером такого растворителя является Нефрас – С4 - 155 / 200 (уайт-спирит). Этот растворитель имеет смешанный химический состав, пределы выкипания 155 – 200 оС, содержит не более 25 % аренов. Применяется в лакокрасочной промышленности. 13.7.2. Ареновые углеводороды нефтяного происхождения. Основными представителями этой группы нефтепродуктов являются бензол, толуол, о-, м- и п-ксилолы. Основными направлениями использования бензола являются производства по получению изопропилбензола и этилбензола, фенола и ацетона, стирола и Специальных марок бензол не имеет, а его разновидности отличаются степенью очистки и имеют следующие названия: а) бензол высшей очистки; б) бензол для синтеза; в) бензол для нитрации; г) бензол технический. Ксилол нефтяной технический представляет собой смесь трех изомеров, применяется в качестве растворителя. Ортоксилол применяют для получения фталевой кислоты, фталевого ангидрида, эфиров фталевой кислоты. Параксилол применяют для получения терефталевой кислоты, эфиров терефталевой кислоты, синтетического волокна – лавсана. Метаксилол, как правило, перерабатывают в о- и п-ксилол. Толуол используется как растворитель для пластических масс, нитроцеллюлозных и алкидных лаков и эмалей; в качестве высокооктановой добавки к товарным бензинам. Большое количество толуола направляется на синтез его многочисленных галоген-, сульфо- и нитропроизводных.
13.7.3. Керосин осветительный. Это первый продукт, который человечество начало получать из нефти. Его назначение заключено в названии. Основное требование к такому керосину – легко подниматься по фитилю, давая яркое пламя и сгорая без копоти и нагара. В России выпускаются осветительные керосины марок КО – 25 и КО – 30. Цифра в маркировке обозначает высоту некоптящего пламени, мм.
13.8. Масла белые, вакуумные, технологические, 13.8.1. Масла белые. Эти масла бесцветны, безвкусны и не имеют запаха. Их получают сульфированием базовых масел дымящей серной кислотой, которая извлекает все темные углеводороды (смолы). Современный способ получения белых масел – жесткое гидрирование. Очень эффективным является способ получения белых масел адсорбцией на специальных глинах. Белые масла находят применение в медицине и парфюмерии. 13.8.2. Масла вакуумные. Применяют в вакуумных насосах. Известны четыре марки вакуумных масел: ВМ – 1; ВМ – 3; ВМ – 4 и ВМ – 5. Эти масла различаются по вязкости. Наилучшее масло – ВМ – 5, его получают глубокой очисткой базовых масел, применяют для создания глубокого вакуума. 13.8.3. Масла-теплоносители. Применяют для переноса тепла в некоторых теплообменных аппаратах и других системах. Эти масла отличает высокое содержание аренов определенного строения, которые в отсутствие кислорода долго выдерживают высокие температуры и могут длительное время (несколько месяцев) работать без замены (марки АМ – 300 и др). Разные продукты 13.9.1. Парафины представляют собой твердые алканы, в основном нормального строения, с числом углеродных атомов в молекуле от 18 и выше и молекулярной массой 350 – 420. Они имеют кристаллическое строение. Используются в пищевой и бумажной промышленности, радио- и электротехнике, производстве моющих средств и ПАВ, лаков, красок и смазок, резин и шин, спичек и свечей и др. Окислением парафинов получают синтетические жирные кислоты (СЖК). Сырьем для производства нефтяных парафинов служит гач (отходы масляного производства). В табл. 13.9 приведены технические требования к парафинам различных марок.
Таблица 13.9 Показатели качества парафинов
13.9.2. Церезины отличаются от парафинов химическим строением. В их состав входят нафтены и арены с длинными алкильными цепями, преимущественно изостроения, а также высокомолекулярные парафины нормального и изостроения. Молекулярная масса церезинов составляет 500 – 750, т. е. выше, чем у парафинов. Это объясняется тем, что в состав церезинов входят углеводороды с числом углеродных атомов от 36 до 55. Нефтяные церезины получают из петролатумов. Основные направления использования церезинов – это производство смазок и восков, кремов, мастик, свечей, копировальной бумаги. Основные характеристики церезинов приведены в табл. 13.10. Таблица 13.10 Показатели качества церезинов
13.9.3. Вазелины представляют собой мазеобразные вещества с температурой плавления 37 – 52 оС. Различают следующие виды вазелинов: а) естественные; б) искусственные; в) медицинские; г) технические; д) ветеринарные; е) конденсаторные. Естественные вазелины получают из концентратов парафинистых мазутов путем очистки их серной кислотой и отбеливающими глинами. Искусственные вазелины представляют собой композиции из минерального масла и парафина. Медицинские вазелины получают смешением белых церезинов и парафинов с парфюмерными маслами. Вазелин ветеринарный – это глубокоочищенная смесь церезина, петролатума, парафина и минерального масла с температурой каплепадения Вазелин конденсаторный служит для пропитки и заливки конденсаторов. Технические вазелины – это смесь парафинов с машинным (легким индустриальным) маслом. 13.9.4. Нефтяные коксы представляют собой технический углерод нефтяного происхождения. По способу получения различают кокс, полученный в кубах, кокс замедленного коксования и кокс, полученный в кипящем слое порошкообразного кокса. Основное применение кокса – это производство анодных масс для получения цветных металлов. Кокс также используется в электротехнике, ядерной энергетике, в производстве углеграфитных материалов и т. д. В настоящее время основной объем мирового производства кокса осуществляют замедленным коксованием в необогреваемых камерах. Таблица 13.11 Характеристика коксов замедленного коксования
Кусковой кокс, прокаленный при 1200 – 1300 оС, называют электродным. Это высококачественный кокс, отличающийся пониженным содержанием серы и летучих компонентов. Кроме того, он имеет повышенные значения истинной плотности и электрической проводимости. Такой кокс особенно ценен в производстве анодных масс и графитированных электродов. Кокс, полученный из тяжелой пиролизной смолы, называется пиролизным. Его основное достоинство заключается в практически полном отсутствии серы. 13.9.5. Битумы нефтяные представляют собой жидкие, полужидкие или твердые пефтепродукты, вырабатываемые из гудрона, крекинг-остатков и некоторых побочных продуктов от производства масел. По химическому составу битумы – это смесь высокомолекулярных углеводородов и асфальто-смолистых веществ. Битумы широко применяются в дорожном строительстве как кровельные и изоляционные материалы. Технические требования к различным видам битумов представлены в табл. 13.12 и 13.13. В маркировке битумов аббревиатура «БНД» обозначает, что это битум нефтяной дорожный. Маркировка «БН» – это строительный битум. Цифра в числителе дроби обозначает температуру размягчения битума, а в знаменателе – температуру пенетрации. Аббревиатура «БНИ» указывает на принадлежность к изоляционным битумам, а «БНК» к кровельным Таблица 13.12 Основные характеристики вязких дорожных битумов
.
Таблица 13.13 Основные характеристики изоляционных и кровельных битумов
Контрольные вопросы 1. Назовите классификационные группы нефтепродуктов. 2. Перечислите группы нефтяных топлив. 3. Приведите перечень товарных автобензинов, выпускаемых в России, поясните их маркировку. 4. Приведите перечень товарных авиабензинов, выпускаемых в России, поясните их маркировку. 5. Приведите перечень товарных реактивных топлив, выпускаемых в России, поясните их маркировку. 6. Приведите перечень товарных дизельных топлив, выпускаемых в России, поясните их маркировку. 7. Приведите перечень товарных котельных топлив, выпускаемых в России, поясните их маркировку. 8. Назовите основные функции нефтяных масел. 9. Разъясните классификацию масел по назначению, источникам получения, способам производства и очистки. 10. Что такое базовые масла? По какому принципу они разделяются? 11. Объясните классификацию моторных масел по вязкости согласно ГОСТ 17479.1 – 85. 12. Объясните классификацию моторных масел по вязкости согласно SAE J – 300 DEC – 99. 13. Объясните классификацию моторных масел по вязкости согласно АСЕА (редакция 2002 г.). 14. Объясните принципы деления моторных масел на группы согласно ГОСТ 17479.1 – 85. 15. Изложите принципы классификации индустриальных масел. 16. Изложите принципы классификации энергетических масел. 17. Изложите принципы классификации вакуумных, приборных и осевых масел. 18. Объясните назначение присадок к моторным маслам. 19. Приведите примеры и химические формулы антиокислительных присадок. 20. Приведите примеры и химические формулы моющих присадок. 21. Приведите примеры и химические формулы депрессорных присадок. 22. Приведите примеры и химические формулы противоизносных присадок. 23. Приведите примеры и химические формулы вязкостных присадок. 24. Приведите примеры и химические формулы противопенных присадок. 25. Приведите примеры многофункциональных присадок. 27. Объясните назначение и примеры пластичных смазок, консервационно-смазочных материалов и смазочно-охлаждающих жидкостей. 28. Перечислите известные нефтяные растворители. Объясните их классификацию по содержанию аренов. Приведите примеры и объясните маркировку нефтяных растворителей. 29. Назовите арены нефтяного производства и их применение. 30. Дайте характеристику маслам белым, технологическим, вакуумным и маслам-теплоносителям. 31. Изложите назначение и сырьевые источники твердых парафинов. 32. Изложите назначение и сырьевые источники церезинов. Объясните различие между парафинами и церезинами. 33. Изложите назначение и сырьевые источники вазелинов. 34. Изложите назначение и сырьевые источники нефтяных коксов. 35. Изложите назначение, сырьевые источники, классификацию и маркировку нефтяных битумов. ТЕМА 14. Эксплуатационные свойства моторных топлив Эксплуатационные свойства топлив определяют их поведение в механизмах, в которых они непосредственно применяются. Как правило, товарные топлива готовят путем компаундирования аналогичных фракций различных процессов нефтепереработки. Необходимость такого подхода к производству товарных бензинов, дизельных топлив, авиационного керосина и т. д. заключается, прежде всего, в том, что те или иные фракции одного процесса или не отвечают требованиям стандарта, или производятся в небольших количествах. Другая причина необходимости смешения различных фракций в процессе приготовления товарных топлив лежит в экономической плоскости, которая связана с различной себестоимостью бензиновых фракций разных процессов. Для более глубокого понимания этой проблемы представляется необходимым рассмотреть подробнее основные показатели топлив, определяющие качество товарных продуктов.
Автомобильный бензин Товарные бензины – это смесь легкокипящих жидких углеводородов, преимущественно С5 – С12 различного строения с температурой кипения 14.1.1. Основные требования к автомобильным топливам.Все требования, которые предъявляют карбюраторные двигатели к качеству применяемого топлива, можно разделить на четыре группы. 1. Топливо должно обеспечивать создание однородной топливо-воздушной смеси необходимого состава при любых температурных условиях. При этом оно должно легко испаряться и иметь хорошие пусковые свойства. Топливо должно обеспечивать быстрый прогрев холодного двигателя, не вызывая обледенения карбюратора, не оказывать вредного влияния на износ цилиндров поршневой группы при всех режимах работы двигателя, не образовывать отложений на впускной системе двигателя. 2. Топливно-воздушная смесь должна сгорать с выделением возможно большей теплоты за отведенный промежуток времени. Для достижения этой цели топливо должно иметь наибольшую удельную теплоту сгорания. Другое требование к топливу – это горение с требуемой скоростью без возникновения детонации при всех режимах работы двигателя в любых климатических условиях. При этом должна быть полнота сгорания с минимальным образованием токсичных и канцерогенных веществ в отработанных газах и нагара, а также коррозионно-агрессивных продуктов. 3. Качество топлива должно обеспечивать без затруднений транспортировку, хранение и подачу топлива по системе питания в двигатель при любых климатических условиях. Для обеспечения этих требований топливо должно сохранять свои эксплуатационные свойства во времени, иметь низкие температуры застывания и помутнения. В топливе предполагается отсутствие механических примесей, коррозионно-агрессивных соединений, вероятность образования которых возможна в нем при длительном хранении. Топливо должно содержать минимальные количества воды и воздуха в растворенном состоянии, не создавать паровых пробок при высоких температурах и не образовывать отложений на деталях системы питания. 4. Топливо должно иметь минимальную себестоимость, быть нетоксичным, и его производство должно обеспечиваться широкими сырьевыми ресурсами. Основными показателями качества карбюраторных топлив, обеспечивающими перечисленные требования, являются детонационная стойкость, концентрация серы, фракционный состав, давление насыщенных паров и химическая стабильность. 14.1.2. Детонационная стойкость для бензинов – это основной показатель качества. Важность этой характеристики связана с режимом сгорания топлива в двигателе. Известно, что характер сгорания топлива может быть нормальным и детонационным. При нормальном режиме горения топлива достигается температура 2000 оС. При этом рабочее давление в 6 МПа достигается плавно, без скачков, а скорость распространения пламени составляет 20 – 30 м/с. Детонационное горение топлива происходит при той же температуре, но сопровождается скачкообразным ростом давления до 6 МПа и выше. При этом скорость распространения пламени может достигать 1500 – 2500 м/с. Такое горение топлива называют также взрывным. Взрывное горение называется детонацией. Оно возникает в том случае, когда после воспламенения топливно-воздушной смеси сгорает только часть топлива. Остаток (до 20 %) топлива мгновенно самовоспламеняется и при этом скорость распространения пламени растет до 1500 – 2500 м/с, вместо Признаками детонации являются: а) металлический стук в цилиндрах, который вызывается многократным отражением детонационной волны от стенок цилиндра; б) вибрация; в) появление в выхлопных газах черного дыма; г) резкое повышение температуры стенок цилиндра. Следствиями детонации могут быть: а) прогорание поршней и выхлопных клапанов; б) ускорение износа двигателя; в) сокращение межремонтного пробега автомобиля; г) возрастание расхода топлива; д) падение мощности двигателя и скорости автомобиля. Детонация зависит от химического состава бензинов. Явление детонации связано с особенностями окисления и горения углеводородов различных классов. Во время всасывания углеводороды топлива вступают в реакцию окисления с кислородом воздуха, образуя пероксиды и гидропероксиды. Они распадаются с выделением свободных радикалов, которые реагируют с новыми молекулами. Реакция приобретает цепной характер. После воспламенения рабочей смеси от искры реакция окисления еще более ускоряется за счет возрастания температуры и давления. При нормальной работе двигателя концентрация пероксидов и скорость реакции поддерживаются постоянными. В неотрегулированном двигателе, либо при некачественном топливе часть топлива остается несгоревшей и в ней нарастает концентрация пероксидов. При достижении некоторой предельной их концентрации реакция пероксидов приобретает взрывной характер, несгоревшая часть топлива мгновенно самовоспламеняется, и происходит детонационное горение. Склонность к окислению неодинакова у углеводородов различного строения. Наиболее легко окисляются алканы нормального строения по схеме:
гидропероксид или
пероксид
Далее пероксиды и гидропероксиды разлагаются и образуют радикалы:
Радикалы обладают огромной реакционной способностью и поэтому долго не живут, а бурно реагируют друг с другом. При этом выделяется колоссальное количество тепла, которое и становится причиной детонации. Отсюда следует вывод: во избежание детонации бензин должен содержать минимум нормальных алканов. Однако совсем без них бензин не бывает, т. к. отсутствие н-алканов приводит к плохому горению топлива. Циклоалканы, и в особенности голоядерные, детонируют значительно меньше. Практически совсем не детонируют арены. В большей степени это касается голоядерных аренов и аренов с короткими заместителями. Однако увлекаться большим содержанием аренов в топливе нельзя, ибо арены в принципе горят плохо, т. к. в них много углерода и мало водорода. Единственными углеводородами, которые хорошо горят и не дают детонации являются изоалканы (от С5 до С10). Так как детонационную стойкость топлива определяет октановое число (ОЧ), то этому показателю отводят наибольшее внимание. Октановое число - это число, выражающее объемную долю изооктана в смеси с п-гептаном. Для изооктана детонационная стойкость принята за 100, а для п-гептана – за 0. Например, если испытуемый бензин по своей детонационной стойкости оказался при испытаниях эквивалентным смеси из 80 % изооктана и 20 % Существуют два метода определения октанового числа: моторный и исследовательский. Моторный метод применяют для бензинов, предназначенных для двигателей с малой степенью сжатия. Исследовательский метод, наоборот, используют для двигателей с высокой степенью сжатия, работающих в условиях города, где имеют место частые остановки, торможения и неравномерные нагрузки. Полученные разными методами значения октановых чисел для одного образца бензина отличаются. Поэтому в их шифр вводят соответствующие индексы: ОЧМ – по моторному методу или ОЧИ – по исследовательскому. Разность значений октановых чисел, измеренных по моторному и исследовательскому методам, называется чувствительностью топлива и записывается следующим образом:
Эта величина характеризует возможные отклонения детонационной стойкости в реальных условиях эксплуатации от стойкости, определяемой лабораторными методами. Среднеарифметическое значение между октановыми числами, измеренными по моторному и исследователькому методам, называют дорожным октановым числом. Известно, что понижение октанового числа ниже требований стандарта на данную марку ведет к неполному горению топлива, неустойчивой работе двигателя, что выражается во взрывном характере горения топлива, скачкообразном изменении давления в топливной системе, образовании ударной волны и появлении стука в двигателе. Наблюдается черный дым в выхлопных газах. Все эти явления в итоге приводят к преждевременному износу двигателя и загрязнению окружающей среды. Величина октанового числа углеводородного топлива зависит от его химического строения, что может быть подтверждено анализом данных, приведенных в табл. 14.1. Таблица 14.1 Октановые числа углеводородов, входящих в состав бензинов
Данные табл. 14.1 позволяют сделать ряд выводов: 1) среди нормальных алканов их октановое число стремительно падает с увеличением числа атомов углерода в молекуле; 2) изоалканы имеют намного большие значения октанового числа, чем нормальные алканы с тем же числом атомов углерода в молекуле; эта разность возрастает с увеличением молекулярной массы углеводорода; 3) октановое число изоалканов с одинаковой молекулярной массой тем выше, чем сложнее строение молекулы изоалкана; 4) н-алкены имеют намного большие значения октановых чисел, чем н-алканы с тем же числом атомов углерода, но и здесь сохраняется тенденция падения октанового числа с удлинением молекулы углеводорода; 5) моноциклоалканы имеют довольно высокие величины ОЧ, причем у замещенных циклоалканов их значения ниже, чем у голоядерных цикланов, и с удлинением заместителя октановое число циклоалкана уменьшается; 6) самые высокие значения октановых чисел имеют арены, их значения даже превышают эталонное значение 100, присвоенное изооктану; 7) как правило, для данного углеводорода октановое число, измеренное по исследовательскому методу, выше, чем по моторному методу. 8) наибольшей чувствительностью, которая может достигать 18 пунктов, обладают алкены и циклопентаны,. В настоящее время отечественная нефтепереработка выпускает товарные бензины с октановыми числами 80; 92; 95 и 98 (по исследовательскому методу). Их получают путем смешения в различных соотношениях бензиновых фракций процессов прямой перегонки нефти, риформинга, каталитического крекинга, алкилирования, коксования и гидрокрекинга. В мировой практике для этой цели используют также бензины процессов изомеризации алканов С4 и С5 и полимеризации низших алкенов. Российские производители иногда добавляют в товарное топливо бутан и толуол. Следует отметить, что ОЧ бензиновых фракций этих процессов (по ИМ) составляют: прямогонные – 55–65; коксования – 60–70; риформинга – 93–98; каталитического крекинга – 90–95; алкилирования – 90–92; изомеризации – 93–95; полимеризации – 94–97; гидрокрекинга – 90–95. В последние десятилетия в мировой практике нашли широкое применение в качестве высокооктановых добавок к бензинам низшие спирты и в большей степени их простые эфиры. Среди них следует отметить метилтретбутиловый эфир (МТБЭ) с октановым числом 113, метилтретамиловый эфир (МТАЭ) с октановым числом 117 и диизопропиловый эфир (ДИПЭ) с октановым числом 112. Эти добавки полностью вытеснили из употребления тетраэтилсвинец (ТЭС), еще недавно широко применявшийся как высокооктановая добавка к автобензинам. Его изъятие из производства топлив связано, прежде всего, с огромным экологическим ущербом, наносимым этим веществом окружающей среде. Современные требования к экологически чистым автобензинам по октановому числу в Западной Европе составляют 14.1.3. Концентрация сернистых соединений является еще одним важным показателем качества топлив. Ограничения по этому показателю связаны в основном с двумя факторами: высокой коррозионной способностью сернистых соединений и влиянием на окружающую среду. В последние 10 – 15 лет вопросы экологии в ведущих мировых державах вышли на первый план. Иллюстрацией к сказанному может служить снижение содержания серы в бензинах, % масс.: 1990 г. – 0, 1; 1995 г. – 0, 05; 2000 – 0, 015. Прогноз на ближайшие 10 – 15 лет предполагает еще более высокие темпы снижения содержания серы в товарных бензинах. В 2010 г. этот показатель должен составить 0, 0005 %, в 2015 г. – 0, 0002 %. 14.1.4. Фракционный состав бензинов тесно связан с качеством режима работы автомобильного двигателя. Так температуры начала кипения и Температура 50 % отгона топлива влияет на скорость разогрева двигателя, качество воздушно-топливной смеси в нагретом двигателе, плавный переход работы двигателя с режима на режим, равномерность распределения топлива по цилиндрам. Для разных марок бензинов ее нормируют либо Температуры 90 % отгона и конца кипения бензина характеризуют наличие в бензине тяжелых, трудноиспаряемых компонентов, мощность двигателя, расход и полноту сгорания топлива. Российский стандарт и требования нормативных актов США предусматривают, что 90 % отгона товарного бензина не должно превышать 180 оС, а конец кипения для разных сортов бензина – от 185 до 195 оС. Повышение температуры конца кипения бензина приводит к неполному горению топлива, повышенному износу цилиндров и поршневой группы, вследствие смывания масла со стенок цилиндров и его разложения в картере, а также неравномерному распределению рабочей смеси по цилиндрам.
14.1.4. Давление насыщенных паров. В российских нормативных документах этот показатель не регламентируется. Однако, важность его несомненна. Дело в том, что при низких давлениях паров бензина затруднен пуск двигателя, а при высоких давлениях паров могут образовываться газовые пробки в топливной системе и имеют место значительные потери топлива от испарения при хранении и транспорте. Нормативные акты США ограничивают величину давления насыщенных паров автобензина 50 кПа, западноевропейские – 60 кПа. В России регулирование давления насыщенных паров достигается добавлением в жидкое топливо 2–3 % бутана летом и 5–8 % зимой. 14.1.5. Химическая стабильность топлива обеспечивается ограничением сод |
Последнее изменение этой страницы: 2017-04-13; Просмотров: 791; Нарушение авторского права страницы
-метилстирола, каучуков и пластических масс, циклогексана и синтетических волокон и т. д.
50
R – CH2 – CH3 + O2 R – CH2 – CH2 – OOH (14.1)
R – CH2 – CH3 + О2 R – CH2 – CH2 – О - О – CH2 – CH2 – R. (14.2)
R – CH2 – CH2 – OOH R – CH2 – CH2 – O - O 
+ Н 
R – CH2 – CH2 – О - О – CH2 – CH2 – R 2 R – CH2 – CH2 – O 
ОЧ = ОЧим - ОЧмм. (14.5)
70 оС.