Переработка Нефти

ДИСТИЛЛЯТНЫЕ ТОПЛИВА

Тепло, тепло, больше тепла! Мы умираем от холода, а не от темноты. Не ночь нас убивает, а мороз. Мигуэль де Унамуно. «О трагическом чувстве жизни»

Дизельное и печное топливо (топливо, применяемое для бытовых целей) — это два наиболее широко исполь­зуемых вида топлива, которые получают на нефтеперера­батывающем заводе из фракций легкого газойля. Можно сказать, что это один широко используемый вид топли­ва, так как во многих местах дизельное и печное топливо поступают в продажу из одного и того же резервуара.

Дизельный двигатель

В общих чертах дизельный двигатель весьма напомина­ет бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Его един­ственное очевидное отличие — это отсутствие свечи за­жигания. Работа дизельного двигателя зависит от само­возгорания топлива, то есть от того самого явления, ко­торого так стараются избежать в случае бензинового дви­гателя.

При управлении самовоспламенением очень важно, чтобы все процессы были правильно синхронизированы по времени. В отличие от ДВС, в дизельном двигателе воздух не смешивается с топливом прежде, чем попасть в цилиндр, то есть в цилиндр подается только воздух. Когда поршень перемещается в верхнее положение, воз­дух сжимается (такт сжатия) и поэтому нагревается. Точ­но в тот момент, когда поршень достигает верхней точ­ки, в цилиндр впрыскивается топливо. При контакте с

Нагретым воздухом оно воспламеняется, что заставляет поршень начать рабочий ход.

Впрыскивание топлива в цилиндр включает несколько фаз. Во-первых, топливо подается в жидком виде — для более равномерного распределения его распыляют. Когда жидкое топливо соприкасается с перегретым воздухом, оно испаряется, и его температура поднимается до темпе­ратуры самовоспламенения. Вторая фаза наступает, когда воспламенение произошло и окружающие пары и жид­кость также загораются. При этом начинается рабочий ход поршня. Наконец, когда оставшаяся часть жидкости зака­чивается в цилиндр, она тоже воспламеняется и, таким образом, давление на поршень сохраняется на том же уровне или даже возрастает. И все это происходит прибли­зительно за тысячную долю секунды.

Очевидно, что механизм синхронизации должен быть очень точным. Если топливо не попадает в цилиндр в нужный момент и с нужной скоростью, за один раз мо­жет воспламениться слишком много топлива, и тогда, вместо управляемого импульса, может произойти рабо­чий такт со взрывом. Поэтому впрыскивание топлива в дизельный двигатель осуществляется с помощью гораздо более точной механики, чем в двигателе внутреннего сго­рания. Поскольку дизельное топливо подается в цилиндр в верхней точке хода поршня, рабочие давления в систе­ме подачи топлива лежат в интервале 2000—10000 psi (140—700атм).

Дизельное топливо

Многие полезные свойства бензина оказываются вред­ными для дизельного топлива. Вспомните, что в случае бензина самовоспламенения следует избегать, в то время как для дизельного топлива одной из важных характерис­тик является как раз воспламеняемость. Мерой этого свой­ства является цетановое число. По аналогии с октановым числом и его происхождением, цетановое число дизель­ного топлива соответствует доле углеводорода цетана

В его смеси с а-метилнафталином. Цетановое число цетана принято равным 100, а цетановое число а-метилнафталина — 0. Когда дизельное топливо характеризуется такой же воспламеняемостью, опреде­ленной на опытном двигателе, что и модельная смесь этих двух углеводородов, то цетановое число данного топлива считается равным процентной доле цетана в этой смеси.

В некоторой мере цетановое число топлива зависит от его группового состава (доли парафинов, олефинов, на - фтенов и ароматики). В случае бензинового двигателя аро­матические соединения полезны, так как препятствуют самовоспламенению, в то время как парафины имеют низкие температуры воспламенения. Для дизельных дви­гателей, наоборот, парафины, способные к самовоспла­менению при низких температурах, являются полезными компонентами топлива, а ароматические углеводороды (которых много в крекинг-газойле) — менее ценными компонентами.

Как и бензин, дизельные топлива бывают нескольких марок. Стандартное топливо характеризуется цетановыми числами около 40—45, а топливо высшего качества (пре­миальное) имеет цетановые числа 45—50. Премиальное топливо более легкое, оно содержит больше легкокипя - щих фракций, и поэтому оно более пригодно для запус­ка двигателя на холоде. В легких фракциях отношение углерода к водороду обычно ниже, поэтому при сгора­нии такого топлива в жестких условиях образуется мень­ше дыма. В связи с этим премиальное топливо является предпочтительным вариантом для городских автобусов.

По техническим условиям в России дизельное топливо для автомобильных и тракторных двигателей разделяется на два сорта— летнее и зимнее, различающиесямежду собой по температуре помутнения и температуре застывания. Для летнего топлива (марка «Л») температуры помутнения и застывания должны быть не выше —5 и ~10°C соответ­ственно, для зимнего сорта (марка «3») — не выше ~35 и ~45°С. Температура застывания арктического дизельного топлива (марка «А») не должна превышать ~60°С. — Прим. ред.

Низкой температуры застывания достигают либо вы­бором нефтей и подбором фракций, из которых получается топливо, либо добавлением к последнему специальных (де - прессорных) присадок.—Прим. ред.

Компоненты топлива. В принципе, все легкие газойли могут служить компонентами дизельного топлива, но не­которые из них более предпочтительны. Прямогонные легкие газойли обычно характеризуются высоким содер­жанием парафинов и цетановым числом в интервале 50— 55. Легкие крекинг-газойли, как правило, содержат вы­сокие концентрации олефинов, ароматических углеводо­родов и нафтенов, и поэтому их цетановые числа поряд­ка 32—35. Цетановое число керосина около 55. Такой ши­рокий набор компонентов позволяет легко приготовить смесь с заданным цетановым числом.

Печное топливо

Благодаря многим физико-химическим характеристи­кам, углеводороды, входящие в состав газойлевых фрак­ций, наиболее широко используются как нефтяное печ­ное топливо. Во-первых, они обладают более высокой теплотворной способностью, чем более легкие углеводо­роды, например, содержащиеся в керосине, нафте или LPG (сжиженном нефтяном газе). Во-вторых, их транс­портировка дешевле, чем транспортировка природного газа или LPG, так как для этого не требуется специаль­ного оборудования, пригодного для работы под давлени­ем. В-третьих, эти продукты менее склонны к случайно­му воспламенению и менее взрывоопасны, чем нафта. В-четвертых, их легче сжечь, чем остаточные (котель­ные) топлива, так как их не надо подогревать перед подачей в камеру сгорания. Наконец, они являются бо­лее экологически чистыми, чем остаточные топлива, бла­годаря более простому химическому составу.

По всем этим причинам печное топливо широко при­меняют для бытовых нужд и реже — как топливо в лег­кой и тяжелой промышленности. Термин «печное во» имеет в США несколько синонимов: топливо но­мер 2, дистиллятное топливо, Two Oil.

Стандарты на печное топливо в основном определя­ются ограничениями, связанными с конструкцией быто­вых отопительных приборов. С точки зрения безопаснос­ти их эксплуатации, важной характеристикой печного топлива является температура вспышки. Так как топливо транспортируют и хранят в емкостях без подогрева, то большое значение имеет температура потери текучести.

Температура вспышки. Минимальная температура, при которой пары топлива образуют горючие смеси с возду­хом, называется температурой вспышки. Таким образом, температура вспышки оказывается одновременно мерой летучести и мерой воспламеняемости. Для печного топ­лива этот параметр нормируется таким образом, чтобы его пары не могли выйти из резервуара и поджечь что - нибудь не там, где нужно. (Многие судебные иски возни­кали из-за того, что бензин случайно смешался с печ­ным топливом, пары просочились из подземного склад­ского резервуара, добрались до сигнального пламени на близлежащем водонагревателе, и произошел взрыв.)

Температура потери текучести определяетспособность нефтепродуктов течь при низких температурах. В процессе охлаждения нефтепродукта достигается температура, при которой некоторые компоненты застывают. При дальней­шем охлаждении продукт в конце концов полностью те­ряет текучесть. Температуру потери текучести принимают на 5°F выше точки, при которой продукт перестает течь. Температура потери текучести печного топлива обычно около -25°С (—10°F ).

Смешивание печного топлива. Не случайное, но несом­ненно счастливое совпадение, что нефтепродукты, кото­рые могут служить компонентами дизельного топлива, также удовлетворяют требованиям, предъявляемым к бы­товым отопительным системам. Имеется множество воз­можностей по использованию разных легких крекинг - газойлей для получения печных топлив. Этих возможнос­тей даже больше, чем для дизельного топлива, так как здесь нет ограничений по цетановому числу. Тем не ме­нее, в большинстве случаев смешивают, отгружают, хра­нят и продают один и тот же нефтепродукт, который подходит как для отопления, так и для сгорания в дви­гателе.

Зная цетановое число легкого прямогонного газойля, легкого крекинг-газойля, керосина и дополнительных дистиллятных компонентов, нетрудно рассчитать состав смеси, которая будет удовлетворять нормам по му числу. Чтобы достичь требуемой температуры потери текучести, обычно добавляют керосин, но часто это эко­номически невыгодно (реактивное топливо дороже дис - тиллятного). Если керосина слишком много, температура вспышки может оказаться слишком низкой. Использова­ние фракций более легких, чем керосин, обязательно приведет к проблемам с температурой вспышки. Компа­нии, производящие специальные химические продукты, с удовольствием продают присадки, меняющие темпера­туру потери текучести.