Что относится к жидкому топливу
Виды топлива
Виды топлива
Характеристика видов топлива
В соответствии с физическим состоянием, топливо бывает:
Газообразное топливо: природный и промышленные газы (доменный, коксовый, генераторный и др.)
Твердое топливо: древесина, торф, горючие сланцы и весь каменный уголь, который добывается.
Жидкое топливо: сырая нефть, нефтепродукты, мазут.
В зависимости от происхождения топливо разделяется на природное и искусственное.
Природное – топливо в том виде, в котором оно было получено при добыче: каменный уголь, древесина, торф, сырая нефть, природный газ и т.д.
Искусственное топливо – это продукт, полученный при технологической переработке природного топлива. Например: кокс, брикеты, дизельное топливо, мазут, генераторный газ и т.д.
Каменный уголь, жидкое топливо и природный газ являются высококачественным топливом.
Все виды топлива состоят из горючей и негорючей частей.
Газовое топливо наиболее пригодно для смешивания его с воздухом, который необходим для горения, поскольку топливо и воздух находятся в одном агрегатном состоянии.
Условия сжигания твёрдого топлива зависят от количества и свойств имеющихся в нём золы, влаги, количества летучих горючих веществ.
При сжигании жидкого топлива (мазута), имеющего высокую вязкость, одна из основных задач – распыление его на мелкие капельки.
К горючей части относятся углерод, водород, углеводороды, а также сера, которая вредна для котлов и окружающего воздуха.
К негорючей части относятся кислород О2, азот N2, влага Н2О и зола. Влага и зола составляют внешний балласт топлива, а кислород и азот – внутренний.
Газообразное топливо:
Природный газ — смесь газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном разложении органических веществ.
Природный газ относится к полезным ископаемым. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворенном состоянии в нефти или воде. При нормальных условиях (101,325 кПа и 0 °C) природный газ находится только в газообразном состоянии. Также природный газ может находиться в кристаллическом состоянии в виде естественных газогидратов.
Сжиженный природный газ обладает рядом преимуществ. При сжижении он очищается от примесей и уменьшается в объеме в 600 раз. Это упрощает его транспортировку и дальнейшее хранение. При этом сжиженный природный газ экологически безопасен относительно других видов топлива. Он не токсичен для человека и окружающей среды, не горит и не взрывается сам по себе.
Инженеры ООО “ТПК Монтаж” наладят газоснабжение в жилых объектов, не зависимо от магистральных газопроводов.
Природный газ, который подает система автономной газификации, ничем не отличается от газа в магистральных газопроводах. Наоборот – это полная независимость от любых источников газа. Автономная газификация предполагает, что ваш участок и коттедж полностью автономны в плане газоснабжения и способны продержаться сколь угодно долго без магистральной трубы. Это особенно выгодно, если газификация особняка невозможна из-за большой удаленности от основных объектов магистральной газификации.
Твердое топливо:
Уголь, торф, горючие сланцы (ископаемое топливо)
Чем ниже залегает данное топливо, тем лучше – больше теплота сгорания и меньше золы. Антрацит состоит на 90% из углерода, имеет максимальную теплоотдачу.
Использование ископаемых видов топлива для отопления требует отдельного помещения под котельную, отделенного от жилых помещений, так как горение сопровождается копотью, неприятными и вредными газами.
Дрова, пеллеты
Дрова – возобновляемый вид топлива, довольно доступный для самостоятельной заготовки, менее токсичный и менее «грязный», чем ископаемые виды. Возможна установка в доме точек отопления в виде каминов, печек. Утилизация проста, полезна для огорода. Низкая теплота сгорания и необходимость частой загрузки дров сводит на нет все преимущества.
Для автоматизации процесса отопления на основе дров придуманы пеллеты – прессованные в гранулы отходы древесины. Главное их преимущество – одинаковые размеры, удобные для транспортирования подавателем в топку автоматического котла, достаточная сухость, теплота сгорания – на уровне лучших пород древесины.
Жидкое топливо
Основным источником получения жидкого топлива является нефть.
Котлы работают на дизельном топливе, мазуте, печном топливе или отработанном масле.
Мазут – это вязкий продукт темно-коричневого цвета, остаток после выделения из нефти или продуктов ее вторичной переработки бензиновых, керосиновых и газойлевых фракций.
В настоящее время в промышленности используются в основном такие типы этого материала: крекинговый; прямогонный; флотский; топочный. Последняя разновидность является очень популярной. Как уже можно судить по названию, используется она в основном для отопления помещений.
Мазут подразделяют на:
Топочный вид может применяться как котельное топливо для различных тепловых генераторов, как основной источник тепловой энергии в отопительных системах, котельных и т.д. Мазут топочный м100, как наиболее используемый вид в подобных системах, пользуется наибольшим спросом и популярностью.
Дизельное топливо (солярка) – это нефтяные фракции, выкипающие в пределах 180–360°С. Широко используется в отопительных целях в загородных домах. Это достаточно удобный, но и дорогостоящий способ поддерживать комфортную температуру в помещении.
По принципу работы такое отопление напоминает водяную систему, но с наличием своих особенностей. В качестве источника тепла выступает в данном случае котел, работающий на дизельном топливе. Именно он и греет воду для отопления и других нужд.
Применяется дизельное топливо низкого качества, которое не пригодно для использования в автомобилях. Данному виду топлива присущи все недостатки твердого топлива, которые дополнены всепроникающим запахом и повышенной пожароопасностью. Требования к дымоходу такие же, как и у угля. Низкая экологическая безопасность.
Нормы для классификации нефтей, предложенные Горным бюро США = United States Bureau of Mines (USBM) / существовало 1910-1995. Раньше открылось и позже, закрылось, чем СССР, однако 🙂
| Фракция | Плотность | ||
|---|---|---|---|
| парафинового основания | промежуточного основания | нафтенового основания | |
| 250—275 °С (при атмосферном давлении) | 0,8597 | ||
| 275—300 °С (при 5,3 кПа) | 0,9334 | ||
После этого, на основе характеристических данных фракций нефть делят еще на семь химических классов:
а также в настоящее время существует понятие ароматического и нафтено-ароматического классов нефти. Класс нефти по-настоящему влияет на выход тяжелых фракций, а выход светлых нефтепродуктов и топочных мазутов примерно одинаков у всех классов. Справочно: Классификация органических соединений. Углеводороды. Производные углеводородов.
«Топочные масла» = жидкие котельные топлива, солярки, дизели и биодизель, топочные мазуты = fuel oils. Стандарт ASTM Standard D396. Очень похожи но не на 100% совпадают с моторными топливами с теми же индексами.
Свойства жидких котельных топлив по ASTM
Рисунок-диаграмма Примерная вязкость жидких котельных топлив по ASTM: Топочные масла, жидкие котельные топлива, солярки, дизели и биодизель, топочные мазуты:
Жидкое топливо: виды, сравнение
Жидкое топливо представляет собой продукты, полученные путем переработки нефти. Этот вид топлива применяется для котлов в тех зданиях, где применение электрических или газовых отопительных систем не целесообразно или практически невозможно. В нашей стране существует множество котельных на жидком топливе.
Виды жидкого топлива:
Главный критерий жидкого топлива – это его вязкость. От этого параметра зависит транспортировка жидкого топлива и условия, при которых оно сжигается. Жидкое топливо обладает определенным КПД, который напрямую зависит от процента влаги и серы в его составе.
Самый оптимальный вариант для бытовых и промышленных котлов, работающих на жидком топливе – это дизельное топливо. Такое жидкое топливо для котлов делает его работу практически бесперебойной, так как не имеет в своем составе механических примесей и процент содержания в нем серы не высок.
При применении данного жидкого топлива в котлах вы не будете иметь проблем с возникновением коррозии на нагревательных элементах. С точки зрения экологии, это топливо не наносит большой вред природе, так как практически отсутствуют продукты сжигания серы. Основные преимущества данного жидкого топлива для котлов – это высокое распыление в топке котла и низкая температура замерзания.
Более вредным для окружающей среды является такое жидкое топливо для котлов, как мазут.
Он имеет очень высокую вязкость, застывает при плюсовой температуре. Это жидкое топливо характеризуется большим содержанием влаги, серы и некоторых механических примесей. Мазут не может применяться в котлах малой мощности.
Плюсы жидкого топлива
Плюсами жидкого печного топлива является:
Цена жидкого топлива зависит от его вида и качества. Вы можете купить у нас жидкое топливо по доступным ценам. Продажа топлива оптом осуществляется нашей компанией во многих регионах России, с полным списком вы можете ознакомиться в разделе Контакты.
Перевозка топлива это ответственная работа, поэтому доверьте ее профессионалам, и нас вы можете купить топливо оптом и в розницу.
Природное, искусственное топливо, различные виды
Природное, искусственное топливо, жидкое, твердое и газообразное топливо.
Виды топлива бывают природными и искусственными. К природным видам относятся как восполняемые (древесина), так и невосполняемые или трудновосполняемые виды топлива (сланцы, торф, нефть, уголь, природный газ). К искусственным относятся: керосин, бензин, мазут, генераторный газ, брикеты для печей и котлов, растительные масла, спирты, эмульсии.
Под топливом понимают материалы, пригодные для получения энергии (тепловой, электрической, ядерной и т. д.).
Природные виды топлива:
Различные природные виды топлива появлялись за счет прохождения разнообразных природных процессов на Земле. Многометровые и километровые отложения органических веществ спрессовывались, разлагались, подвергались воздействию газов, воды, высоких и низких температур. Происходило образование нефти, природного газа, торфа, угля (каменного, бурого, антрацита).
Торф считается наиболее «молодым» видом топлива. Он характерен для заболоченных местностей, где перегнивают большие объемы растительной органики.
Уголь старше и плотнее торфа. Порода практически не имеет пор. Основа — перегнившая растительность, но после значительных изменений. В частности, антрацит на 93% и более — чистый углерод.
Древесина — возобновляемый ресурс.
Нефть – вид топлива, добываемый изначально в жидком виде. Представляет собой сложное сочетание циклопарафинов (нафтенов), предельных и ароматических углеводородов. Сырая нефть не сжигается на ТЭЦ. Более востребованы продукты ее фракционной перегонки — бензин, керосин, мазут.
Топливо, производимое искусственно:
Искусственным называют топливо, получаемое из природного, органического сырья в процессе целенаправленной переработки (перегонки) либо в качестве сопутствующих, побочных продуктов.
Искусственное топливо может быть:
– синтетическим. Для его получения природные ископаемые, в частности, уголь, подвергаются химической или термохимической обработке;
– горючими отходами. В эту группу относят отходы от деятельности промышленных предприятий, бытовой мусор, органику, остающуюся на полях после уборки урожая или расчистки территорий для посева, отработанные масла, обмывочные жидкости.
Твердое, жидкое, газообразное топливо:
В зависимости от агрегатного состояния топливо может быть:
– твердым. За исключением горючих сланцев и натуральной древесины все виды твердого топлива — продукт разложения, термической обработки растительности, скелетов животных, спрессованных за тысячелетия;
– газообразным. Топливо получают из чисто газовых месторождений, в качестве сопутствующего продукта при разработке нефтяных пластов или проходке шахт. Помимо метана в состав природного газа входят в небольших количествах азот N2, высшие углеводороды CnHm и диоксид углерода СО2. Еще один часто встречающийся компонент – сернистые соединения, отделяемые на этапе добычи.
Получение и применение топлива:
Самое востребованное твердое топливо — уголь (каменный, бурый и антрацит). На втором месте — древесина и торф. Уголь применяется на крупных ТЭЦ, в металлургии. Древесина используется для строительства, производства мебели и в качестве топлива для печей, каминов, банных комплексов.
Более 80% используемого в мире жидкого топлива — продукты перегонки нефти. И в зависимости от вида такого продукта, цены на топливо могут значительно различаться.
Основные продукты перегонки нефти — бензин и керосин востребованы в качестве автомобильного и авиационного топлива. ТЭЦ работают на мазуте. При этом приходится решать проблему удаления сернистых соединений из продуктов сгорания. В зависимости от марки исходной нефти в мазуте может содержаться до 4,3% этого элемента. Чем выше процент серы, тем значительней расходы на обслуживание оборудования, тем выше износ.
Газовое топливо получают как из непосредственно газовых месторождений, так и в качестве продукта, сопутствующего нефти. В последнем случае газ содержит больше высших углеводородов при одновременном снижении объема метана. Он лучше сгорает и дает больше теплоты.
Компостные кучи и мусорные свалки становятся источником биогаза. В Японии строят специальные небольшие фабрики, способные от сортированного мусора получать в день до 20 м3 газа. Этого достаточно для выработки 716 кВт тепловой энергии. В Китае по данным Юнеско, открыто не менее 7 млн. фабрик и заводов по получению биогаза из гниющей органики.
В качестве топлива так же используется водород. Его основное преимущество — запасы не привязаны географически к определенным регионам планеты, а при сжигании образуется чистая вода.
Ядерное топливо:
Из элементов, встречающихся в природе, для получения ядерной энергии пригодны два элемента: торий и уран. При делении изотопа урана 235 (не более 1/140 от всего урана, имеющегося на планете) высвобождается энергия в виде теплоты.
В качестве ядерного топлива так же используют изотопы урана 238 и тория 239. Если произойдет деление абсолютно всех ядер, содержащихся в 1 кг чистого урана, можно получить 2 107 кВт/ч энергии. Если сравнивать с углем, для получения такого же результата придется сжечь не менее 2,5 тыс. тонн высококачественного антрацита.
Экологически чистые виды топлива:
Повсеместное загрязнение окружающей среды приводит к пониманию, что требуются иные источники энергии помимо традиционных газа, угля и нефти. К тому же объемы природных ископаемых конечны и рано или поздно придется решать, чем отапливать дома и заправлять автомобили.
Полностью безопасных в экологическом плане видов топлива нет. Определенный урон окружающей среде наносится либо при выработке непосредственно топлива, либо при его сжигании в двигателях и печах.
Но есть несколько вариантов экологически чистого топлива, за которыми, возможно, будущее:
– давление сжатого воздуха;
– этанол или этиловый спирт, получаемый от брожения органики;
– специально переработанное растительное масло. Конструкция двигателя аналогична дизельной конструкции. Выхлопы безопасны для окружающей среды;
– водород. При доработке стандартного двигателя внутреннего сгорания можно повышать КПД от применения водорода до 117%. Главный недостаток топлива — летучесть как в жидком, так и в газообразном виде;
К основным преимуществам экологических видов топлива можно отнести их доступность. Спирт или растительное масло можно получать из большей части растений, произрастающих на планете. А водород — один из наиболее распространенных химических элементов.
Топливо для печи:
Брикеты:
Для их получения спрессовывают отходы мебельной промышленности, солому, торф, шелуху подсолнечника. В составе нет химических компонентов, вредных для человека.
Брикеты удобно хранить, они долго и ровно горят, давая в 2 раза больше тепла, чем сухие дрова. Зольность — на минимальном уровне (не более 3%).
– NESTRO — цилиндры, с полостями и без;
– Pini&Kay или многогранники с 4, 6 или 8 гранями.
Экогранулы – пеллеты:
От брикетов пеллеты отличаются только размерами. Способ изготовления и материал-основа — те же. Сырье измельчается до состояния пыли, потом перемешивается с лигнином и прессуется в гранулы.
– при сгорании 1 кг топлива образуется 4500 ккал тепла. Это значительно больше, чем у дров;
– отсутствие в составе вредных примесей, искусственных компонентов;
– не требуются особые условия для хранения;
– не требуется частая загрузка печи или котла. Пламя — ровное.
Недостаток пеллет — высокая цена, обусловленная сложной технологией изготовления.
Дрова:
Актуальность древесины обуславливается доступностью, низкой зольностью (не более 3%) и высокой теплоотдачей.
Объем получаемого тепла определяется породой и влажностью дерева. Если влажность достигает 25-30% с каждого килограмма дров можно получить до 2500 ккал тепла. Если же дерево просушить до 20% влажности, теплоотдача повышается до 3300 ккал/кг.
Уголь:
Уголь — результат прессования, тепловой обработки органики в течение тысяч лет. Чем старше угольный пласт, тем больше в нем углерода. Самым старым считается антрацит. Каменный уголь моложе, а бурый — самый молодой в сравнении с иными породами.
Теплотворная способность и влажность определяются возрастом ископаемого.
В буром угле больше всего воды. И он дает меньше всего тепла, при этом негативно воздействует на окружающую среду. При сгорании происходит частичное спекание угля с образованием больших объемов шлака и золы. Еще один недостаток угля — значительное содержание серы, разрушающей детали из металлов. В качестве самостоятельного топлива бурый уголь используется крайне редко.
Значительная часть отопительных агрегатов для частных домов работает именно на угле (антраците и каменном) из-за его высокой теплоотдачи.
Жидкое топливо. Виды жидких топлив
Жидкое топливо – это смесь различных углеводородов, которые, как известно, состоят из атомов углерода и водорода. В отличие от газов, жидкие топлива состоят из углеводородов, молекулы которых соединены в очень длинные цепочки. Соединенные таким образом углеводороды определяют их нахождение в жидком состоянии.
При сжигании если смешать жидкое топливо сразу с воздухом или кислородом, то оно не будет гореть или будет но этот процесс будет крайне нестабилен. Для более полного перемешивания воздуха с жидким топливом и его лучшего горения необходимо последнее, до смешивания с воздухом, сначала распылить в виде мельчайших частичек, которые будут иметь достаточную для реакции площадь поверхности. В камере сгорания происходит нагрев частичек распыленного жидкого топлива с выделением углеводородных паров, которые вызывают самовоспламенение топлива.
Наиболее оптимальным режимом горения жидко топлива является процесс при котором частички жидкого топлива окисляются внутри факела. Если же данные процесс проникает вне факела или на его поверхности, то горении протекает не так эффективно с образованием особых частичек.
Рис. 1. Фото видов жидкого топлива
1. Сырая нефть
Сырая нефть – это минеральное масло, состоящее из смеси углеводородов природного происхождения, цветом от желтого до черного, различного удельного веса и вязкости.
В категорию «сырая нефть» включены сырые минеральные нефтепродукты, которые извлеченные из битуминозных материалов (сланца, битуминозных песков и т.д.). В состав по сырой нефти включен попутный (газовый) конденсат, отделяемый от газообразных углеводородов на сепараторных установках.
Сырая нефть относится к каустобиолитам (ископаемое топливо). Большая часть месторождений нефти отнесена к осадочным породам. Цвет нефти варьируется в буро-коричневых тонах (от грязно-желтого до темно-коричневого, почти черного), иногда она бывает чисто черного цвета, изредка встречается нефть, окрашенная в светлый желто-зеленый цвет и даже бесцветная, а также насыщенно-зеленая нефть. Имеет специфический запах, также варьирующийся от легкого приятного до тяжелого и очень неприятного. Цвет и запах нефти в значительной степени обусловлены присутствием азот-, серо- и кислородсодержащих компонентов, которые концентрируются в смазочном масле и нефтяном остатке. Большинство углеводородов нефти (кроме ароматических) в чистом виде лишено запаха и цвета.
В современных производствах сырая нефть практически не применяется. Ее могут применять в сыром виде так же как и нерозин для пескозащиты, то есть для закрепления барханных песков от выдувания ветром, что актуально при укладке трубопроводов или строительстве ЛЭП. Для получения из нее технически ценных продуктов нефть подвергают переработке. В основном из нефти производят моторные топлива, растворители, сырье для химической промышленности.
Общая доля потребления нефти в мировом топливно- энергетическом балансе на 2010 год как энергоресурса составляла 33,6 %. Многие источники говорят о возможных снижениях данного баланса. По мировым прогнозам нефть будет вытесняться увеличением доли атомной и иных видов энергии, а также увеличения стоимости и уменьшения добычи нефти.
Рис. 3. Добыча нефти
Однако если рассматривать нефть в качестве сырья для производства различных продуктов, то мы видим рост ее потребности в химической и нефтехимической промышленностей. Этот рост обусловлен не только увеличением потребления жидких топлив и масел, но потребности нефти для как сырья для производств синтетических каучуков и волокон, ПАВ, присадок, моющих средств, красителей, пластмасс, пластификаторов, и др.
Среди получаемых из нефти исходных веществ для этих производств наибольшее применение нашли:
Нефть уникальна именно комбинацией качеств: высокая плотность энергии (на 30 % выше, чем у самых качественных углей), нефть легко транспортировать (по сравнению с газом или углем, например), наконец, из нефти легко получить массу вышеупомянутых продуктов. Истощение ресурсов нефти, рост цен на нее и др. причины вызвали интенсивный поиск заменителей жидких топлив.
Рис. 4. Сырая нефть в руках у рабочего
2. Спирт
Спирт – это этанол (этиловый спирт) или метанол (метиловый спирт), используемые в качестве топлива. Этанол можно получать из сахара, крахмала и целлюлозы, он используется главным образом на транспорте (в чистом виде или в смеси с бензином). Метанол может производиться из древесины, остатков сельскохозяйственных культур, травы и т. п. и может использоваться в двигателях внутреннего сгорания.
Рис. 5. Медицинский спирт
Основные химические свойства спиртов характеризуются присутствием в них гидроксильной группы. Поскольку гидроксильная группа является полярной, она может гетеролитически диссоциировать, особенно, под действием сильных оснований. Отсюда следует, что спирты проявляют свойства слабых кислот, также высокая электроотрицательность кислорода обуславливает наличие электрофильного атома углерода и способность спиртов подвергаться реакциям нуклеофильного замещения под действием ряда нуклеофилов. Спирты могут выступать нуклеофилами в реакциях замещения и присоединения обусловлено это наличием атома кислорода гидроксильной группы, который имеет нуклеофильный характер. Спирты проявляют и реакции окисления.
2.1 Этанол
Этанол (этиловый спирт, метилкарбинол, винный спирт или алкоголь, часто в просторечии просто «спирт») – это одноатомный спирт с формулой C2H5OH (эмпирическая формула C2H6O), другой вариант: CH3-CH2-OH, второй представитель гомологического ряда одноатомных спиртов, при стандартных условиях летучая, горючая, бесцветная прозрачная жидкость.
Рис. 6. Молекула метанола
Помимо всем привычного способа применения этанола его активно можно использовать в качестве топлива, в том числе и для двигателей внутреннего сгорания и для ракетных двигателей в чистом виде. В подтверждение этому можно привести исторический факт: этанол использовался в качестве топлива в первой в мире серийной баллистической ракете – немецкой «Фау- 2». Также этанол можно применять в качестве топлива и при смешении с классическими нефтяными топливами, но из-за своей гигроскопичности происходит его выслаивание. Поэтому хранение таких смесей не допускает больших периодов. Также его применяют для выработки высококачественных топлив и компонента бензинов – этил-трет-бутилового эфира, более независимого от ископаемой органики, чем МТБЭ.
Топливный этанол подразделяется на биоэтанол и этанол, который получают другими методам, например, из отходов пластмасс, синтезированием из газа и т.п.
Биоэтанол – это жидкое этанолсодержащее топливо, получаемое специальными заводами из крахмал-, целлюлозо- или
сахаросодержащего сырья по системе укороченной дистилляции (позволяет получать качество достаточное для использование в качестве топлива). В состав биоэтанола, помимо этанола, входит метанол и сивушные масла, что делает его совершенно непригодным для применения в пишевых целях. Применяется в чистом виде (точнее в виде азеотропа 96,6 %), но чаще всего в смеси с бензином (так называемый газохол) или дизельным топливом. Многие страны увеличивают применение биоэтанола, как более экологичной и возобновляемой альтернативе нефти.
Рис. 7. Этанол как топливо
Рис. 8. Биоэтанол и сырье из которого его изготовили
Ограниченность применения биэтанолов ограничивается тем, что работать на них могут только автомобили со специалными или с универсальным двигателями, например, Flex- Fuel (способен потреблять смеси бензин/этанол с любым соотношением). Стандартный бензиновый двигатель способен работать на бензине с добавлением этанола в количестве не превышающем 30 %. На практике для использования этанола двигатели нередко подвергают модернизации, но это не всегда экономически целесообразно.
Кроме того, использование смесей этанола с дизельным топливом затрудняется плохим их смешиванием. Также при низких температурах, характерных для всей территории России, происходит выслаивание этанола. Решения этой проблемы на данный момент пока не найдено.
Встает резонный вопрос о необходимости смешивания этанола и других видов топлива. Эта необходимость обусловлена тем, что смеси этанола с другими видами топлива в сравнении с «чистым» этанолом имеют более лучшую зажигаемость, благодаря низкому содержанию влаги, тогда как «чистый» этанол (марка E100, с практическим содержанием C2H5OH 96,6 %) является неразделяемым дистилляцией азеотропом. Разделение этанола иными способами экономически невыгодно. При добавлении этанола к бензину или дизелю помимо выслаивания самого этанола по прошествии какого то времени, также происходит выслаивание воды.
2.2 Метанол
Метанол (метиловый спирт, древесный спирт, карбинол, метилгидрат, гидроксид метила) – это CH3OH, простейший одноатомный спирт, бесцветная ядовитая жидкость.
Метанол – это первый представитель гомологического ряда одноатомных спиртов. С воздухом в объемных концентрациях 6,72-36,5 % образует взрывоопасные смеси (температура вспышки 15,6 °C). Метанол смешивается в любых соотношениях с водой и большинством органических растворителей.
При применении метанола в качестве топлива следует отметить, что объемная и массовая энергоемкость метанола (удельная теплота сгорания = 22,7 МДж/кг) на 40-50 % ниже, чем бензина, однако при этом теплопроизводительность спиртовоздушных и бензиновых топливовоздушных смесей при их сгорании в двигателе различается незначительно по той причине, что высокое значение теплоты испарения метанола способствует улучшению наполнения цилиндров двигателя и снижению его теплонапряженности, что приводит к повышению полноты сгорания спиртовоздушной смеси.
В результате этого мощность двигателя повышается на 7-9 %, а крутящий момент на 10-15 %. Двигатели гоночных автомобилей работающих на метаноле с более высоким октановым числом чем бензин имеют степень сжатия, превышающую 15:1, в то время как в обычном ДВС с искровым зажиганием степень сжатия для неэтилированного бензина как правило, не превышает 11,5:1. Метанол может использоваться как в классических двигателях внутреннего сгорания, так и в специальных топливных элементах для получения электричества.
Использование метанола в качестве смеси с традиционными топливами может быть реализовано лишь с незначительными примесями этанола с обязательным добавлением надлежащих ингибиторов коррозии. Европейская директива качества топлива (European Fuel Quality Directive) разрешает использовать до 3 % метанола с равным количеством присадок в бензине для нужд европейских государств. Если говорить про Китай, то ежегодно более 1000 млн. галлонов метанола применяется в качестве транспортного топлива в смесях низкого уровня для существующих транспортных средств, а также высокоуровневые смеси в транспортных средствах, предназначенных для использования метанола в качестве топлива.
Метанол вреден для организма. Вдыхание паров метанола и тем более прием метанола внутрь может привести к летальному исходу. Формы возможных отравлений метанолом представлены на рисунке 10.
Рис. 10. Отравление метанолом
3. Жидкие вещества, полученные из природного газа
Жидкие вещества, полученные из природного газа – это жидкие или сжиженные углеводороды, получаемые при производстве, очистке и стабилизации природного газа. Они
имеют различные характеристики, начиная от пропана и бутана, заканчивая тяжелыми дизельными топливами. К этой категории относят: заводской конденсат или сжиженный нефтяной газ (СНГ), бензин из промысловых газов.
3.1 Заводской конденсат
Заводской конденсат – это вещество, которое получают из жидких углеводородов, конденсированных из влажного природного газа на заводах по переработке природного газа. Он используется в качестве исходного продукта на нефтеперерабатывающих заводах.
3.2 Сжиженный нефтяной газ
Сжиженный нефтяной газ – это название углеводородов, которые находятся в газообразном состоянии при условиях нормальной температуры и давления, но сжиженных путем сжатия или охлаждения для облегчения хранения, перегрузки или транспортировки.
К жидким веществам, полученных из природного газа относят вещества, полученные первым и вторым способами.
Сжиженный нефтяной газ может состоять из пропана (С3Н8), бутана (С4Н10), или смеси этих двух углеводородов. Также в его состав может водить этан (С2Н6), получаемый на нефтеперерабатывающих заводах или на заводах, принадлежащих предприятиям по добыче природного газа.
В России вырабатываются две марки сжиженного нефтяного газа – ПА (пропан автомобильный) и ПБА (пропан- бутан автомобильный). Такое разделение обусловлено содержанием в конечном газе основных компонентов пропана и бутана.
Рис. 11. Формула сжиженного нефтяного газа
Марка «ПА» предназначена для использования в качестве моторного топлива в основном в зимнее время года.
К источникам производства сжиженного нефтяного газа можно отнести:
Рис. 12. Молекула Бутана
Сжиженный нефтяной газ обладает схожими моторными свойствами с бензинами. Но автомобили, использующие в качестве топлива пропан-бутановую смесь обладают сниженную мощность на междугородных магистралях по сравнению с автомобилями, работающими на бензине. В среднем снижение мощности происходит на 7-15 % (при езде по городу этот разрыв намного меньше). Снижение мощности приводит к увеличению объемного расхода топлива (пропан-бутановой смеси) на 15- 20 %. Однако если сравнивать стоимость бензина и пропан- бутановой смеси, то последняя оказывается более предпочтительной в экономическом выражении даже с учетом повышенного расхода топлива.
Одним из главных сдерживающих факторов увеличения объемов потребления сжиженного нефтяного газа является неразвитость сети газозаправочных станций, напрямую зависящей от условий безопасной работы и размещения таких станций. Переоборудование автомобилей затрудняется и достаточно большой стоимостью самого газобаллонного оборудования и ценой за работу по установке данного оборудования цена, помимо того с 2016 года в России ужесточился контроль за автомобилями оборудованными ГБО. Если рассматривать негативные факторы при эксплуатации автомобилей на сжиженном нефтяном газе, то к ним можно отнести значительные расходы на содержание ГБО. Поставки сжиженного нефтяного газа непосредственно зависят от добычи нефти и ее переработки.
Сжиженные углеводородные газы не обладают токсичным действием, но при подпадании в воздух они смешиваются с ним и вытесняют кислород, уменьшая его концентрацию в воздухе. Именно поэтому все компоненты сжиженных газов отнесены к списку веществ, вредных для человека.
При установке на автомобиль ТБО, газ хранится в газовом баллоне под давлением примерно в 1,6 МПа. В случае утечки пропан-бутан устремляется вниз, потому так как он плотнее и тяжелее воздуха. Также при определенных концентрациях в воздухе он образует взрывчатую смесь. При нарушении в работе ГБО автомобиля нельзя допускать его работу и парковку в закрытом помещении; нельзя производить ремонт при наличии
газа в системе питания, а также проверку герметичности открытым пламенем.
3.3 Бензин из промышленных газов
Бензин из промышленных газов – это легкий бензин, извлеченный из влажного природного газа, в том числе совместно с сырой нефтью. Он используется в качестве исходного продукта для нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов, а также для непосредственного смешивания с автомобильным бензином без дальнейшей обработки.
4. Нефтепродукты
Нефтепродукты – это жидкие топлива, смазочные масла, твердые и полутвердые продукты, получаемые путем перегонки и крекинга из сырой нефти, горючих сланцев или полупереработанных и не полностью обработанных нефтяных продуктов. Из этой категории исключены нефтепродукты, полученные из природного газа, угля, лигнита и их производных.
Нефтепродукты получаются в результате химического процесса – перегонки нефти, от которой при разных температурах отделяются вещества (отгоны) в парообразном состоянии. Перегонка нефти может осуществляться, например, при помощи ректификационной колонны.
4.1 Авиационный бензин
Как уже отмечалось ранее, авиационный бензин не имеет принципиальных отличий от автомобильного бензина. Он также применяется в поршневых, пусть авиационных, но все же поршневых двигателях, то есть по сути дела в двигателях внутреннего сгорания. В общем случае данные бензины изготавливаются с более строгими требованиями к определенным характеристикам. Обусловлено это отсутствием возможности устранения поломки двигателя по причине плохого качества бензина в воздухе. Сегодня разработаны и успешно эксплуатируются поршневые авиационные двигатели, работающие на 95-ом автобензине.
Рис. 13. Авиационный бензин
Отечественная нефтеперерабатывающая промышленность выпускает два вида авиационных бензинов: Б-91/115 и Б-92. Существует также ГОСТ на авиабензины: Б-100/130 и Б-100/130 неэтилированный. Данный ГОСТ обеспечивает производство авиационных бензинов 100 и 100LL в соответствии с европейскими нормами. Также выпускается бензин марки Б-70.
Для авиабензина основными показателями качества являются:
Получают авиабензины прямой перегонкой нефти, каталитическим крекингом или риформингом без добавления или с добавлением высококачественных компонентов, этиловой жидкости и различных присадок.
Основой для классификации авиационных бензинов является их антидетонационные свойства, которые выражаются в октановых числах и единицах сортности. Сорта российских авиационных бензинов маркируют, как правило, дробью: в числителе – октановое число или сортность на бедной смеси, в знаменателе – сортность на богатой смеси, например, Б-95/130. Встречается маркировка авиационных бензинов и по одним октановым числам (например, Б-70).
4.2 Автомобильный бензин
Автомобильный бензин – это легкое углеводородное топливо, используемое в двигателях с принудительным (искровым) зажиганием. Данные бензины отгоняются при температурах 35-200 °С и обрабатываются таким образом, чтобы получить достаточно высокое октановое число в пределах 80- 100 RON. Обработка производиться путем риформинга, смешивания с какой-либо ароматической фракцией или путем добавки бензола, а также с использованием других присадок (например, тетраэтилового свинца).
На протяжении многих лет бензин получали методом ректификации (перегонки) и последующего отбора фракций нефти, которые выкипали при определенных диапазона температур. Так при температуре до 100 °C получают бензин I сорта, до 110 °C – бензин специальный, до 130 °C – бензин II сорта. С развитием двигателестроения возник вопрос о необходимости улучшения моторных качеств бензинов поэтому в первой половине XX века для увеличения октанового числа начали применять крекинг и риформинг. С помощью данных методов производят преобразование линейных цепочек нормальных алканов, являющихся основной составляющей прямогонного бензина, в разветвленные алканы и ароматические соединения соответственно.
Рис. 14. Автомобильный бензин
В конце XIX века единственным способом применения бензина было использование его в качестве антисептического средства и топлива для примусов. В основном из нефти отгоняли только керосин, а все остальное утилизировали. После появления двигателя внутреннего сгорания, работающего по циклу Отто, бензин стал одним из главных продуктов нефтепереработки. Однако по мере распространения дизельных двигателей на первый план стало выходить дизельное топливо, благодаря более высокому КПД.
Бензин применяется как топливо для карбюраторных и инжекторных двигателей, высокоимпульсное ракетное топливо (Синтин), при производстве парафина, как растворитель, как горючий материал, сырье для нефтехимии прямогонный бензин или бензин газовый стабильный (БГС).
4.3 Марки автомобильного бензина
В современном мире существуют различные марки автомобильных бензинов. В Европе распространены марки «суперплюс» или «супер» (неэтилированный, летний и зимний), «премиум» или «европейский» (неэтилированный, летний и зимний), «немецкий» (этилированный, летний и зимний), «итальянский» (этилированный, летний и зимний), «регулар» (неэтилированный, летний и зимний).
В Азиатско-Тихоокеанском регионе применяется автомобильный бензин марок 91 RON, 92 RON, 95 RON, 97 RON. Все они малоэтилированные (летние) с содержанием свинца до 0,01 г/л. Что же обозначает аббревиатура «RON»? Она состоит из первых букв английских слов Research Octane Number (октановое число по исследовательскому методу).
При обозначении различных марок бензина применяют разные значения октановых чисел. Для более полного понимания качества бензина и подборе аналогов для замены необходимо узнать о каждой марке более подробно.
Автомобильный бензин марки А-72.
Автомобильный бензин марки А-72 – это неэтилированный бензин низкого качества с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Содержит продукты термического и каталитического крекинга, коксования и пиролиза, прямогонный бензин и антиокислительные присадки. Плотность не нормируется.
Октановое число по моторному методу – 72, по исследовательскому методу не нормируется.
Автомобильный бензин марки А-76.
Автомобильный бензин марки А-76 – это бензин низкого качества. Содержит продукты термического и каталитического крекинга, коксования и пиролиза, прямогонный бензин, антиокислительные и антидетонационные присадки.
А-76 является самым распространенным бензином в сельском хозяйстве. Его активно применяют для заправки различных зерноуборочных и посевных машин. Бензин А-76 бывает как этилированный (желтого цвета) с содержанием свинца не более 0,17 г/л, так и неэтилированный (бесцветный) с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Плотность не нормируется. Октановое число по моторному методу – 76, по исследовательскому методу – не нормируется, но обычно близко к 80.
Автомобильный бензин марки А-80.
Автомобильный бензин марки А-92.
Автомобильный бензин марки АИ-91.
Автомобильный бензин марки АИ-91 – это бензин обычного качества. Содержит антидетонационные присадки. Производят неэтилированный (бесцветный) с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Содержание серы – не более 0,1%. Плотность не нормируется. Октановое число по моторному методу – 82,5, а по исследовательскому методу – 91. По качеству близок к европейской марке «регулар» и азиатской 91 RON, но содержит на 30% больше свинца.
Таблица 1 Характеристики автомобильных бензинов (ГОСТ 2084-77)
Автомобильный бензин марки АИ-93.
Автомобильный бензин марки АИ-93 – это бензин обычного качества. Этилированный АИ-93 готовят на основе бензина каталитического риформинга мягкого режима, с добавлением толуола и алкилбензина. Для повышения давления паров добавляют фракцию прямой перегонки с температурой кипения до 62 °С или бутан-бутиленовую фракцию.
Неэтилированный АИ-93 изготовляют на основе бензина, полученного каталитическим риформингом жесткого режима с добавлениями алкилбензина, изопентана и бутан-бутиленовой фракции. В состав АИ-93 входят антидетонационные присадки.
АИ-93 производят этилированный (оранжево-красного цвета) с содержанием свинца не более 0,37 г/л и неэтилированный (бесцветный) с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Содержание серы – не более 0,1%. Плотность не нормируется. Октановое число по моторному методу – 85, а по исследовательскому методу – 93. Специально для экспорта производился этилированный АИ-93 без добавления красителя, с содержанием свинца не более 0,15 г/л и серы не более 0,001%. При определении экспортной цены бензина этой марки базисным сортом является европейский «регулар».
Автомобильный бензин марки АИ-95.
Автомобильный бензин марки АИ-95 – это бензин улучшенного качества. Готовят на основе бензина каталитического крекинга легкого дистиллятного сырья с изопарафиновыми и ароматическими компонентами и добавкой газового бензина. Содержит антидетонационные присадки. Производят неэтилированный (бесцветный) с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Плотность не нормируется. Октановое число по моторному методу – 85, а по исследовательскому методу – 95. По качеству близок к европейской марке «премиум» и азиатской 95 RON, но содержит на 30% больше свинца.
Автомобильный бензин марки АИ-95 «Экстра»
Автомобильный бензин марки АИ-95 «Экстра» – это бензин улучшенного качества. Готовят на основе бензина каталитического крекинга легкого дистиллятного сырья с изопарафиновыми и ароматическими компонентами и добавкой газового бензина. Содержит антидетонационные присадки.
– 85, а по исследовательскому методу – 95. По качеству близок к европейской марке «премиум» и азиатской 95 RON, но лучше, так как не содержит свинца.
4.4 Топливо для реактивных двигателей
К топливу для реактивных двигателей бензинового типа относятся все марки легкого углеводородного топлива, предназначенного для использования в авиационных газотурбинных двигателях, отгоняемые при температуре 100- 250 °С, причем, по меньшей мере, 20% объема отгоняется при 143 °С.
Рис. 15. Реактивный двигатель
Рис 16. Марочный керосин
В большинстве видов реактивных топлив для реактивных двигателей основным компонентом является керосин, выделяемый при переработке нефти наряду с бензином, дизельным топливом и другими нефтепродуктами. Получать керосин можно и из угля. Именно таким керосином в середине XVIII века освещались внутренние и внешние помещения путем его сжигания в газовых лампах задолго до появления электрических ламп.
В топливо для реактивных двигателей, получаемое из керосина, добавляются присадки, такие как:
4.5 Керосин
В России промышленное производство керосина впервые было организовано братьями Дубиниными в 1823 г. в районе Моздока. Первоначально данное производство выпускало всего 300 тонн в год. В это время керосин использовался только для освещения под торговым названием «фотоген».
Рис. 17. Керосин ТС-1
Важно также отметить то, что из всех продуктов, получаемых при перегонке нефти использовали только керосин (для освещения), а получавшийся бензин и другие нефтепродукты имели крайне ограниченное применение (например, бензин применялся в аптекарских и ветеринарных целях, а также в качестве бытового растворителя, и поэтому большие его запасы нефтепромышленники попросту выжигали в ямах или сливали в водоемы). Но уже в 1911 году электрическое освещение и распространение двигателей внутреннего сгорания вынудили керосин «уступить» место бензину. Развития реактивной и турбовинтовой авиации в 50-х гг. прошлого столетия вновь заставило вспомнить о значении керосина, ввиду того, что данный вид нефтепродуктов оказался практически идеальным топливом для реактивной авиации.
Сегодня керосин применяют для производства реактивных топлив, как в чистом виде, так и в качестве компонента жидкого ракетного топлива. Используют его и при обжиге стеклянных и фарфоровых изделий, в аппаратах для резки металлов, для бытовых нагревательных и осветительных приборов, как растворитель (например для нанесения пестицидов), сырье для нефтеперерабатывающей промышленности.
Керосин с добавлением цетаноповышающих и противоизносных присадок может использоваться как заменитель зимнего и арктического топлив для дизельных двигателей; цетановое число керосина около 40, для использования в двигателях ГОСТ требует не менее 45. В особых случаях допускается кратковременное использование керосина или бензина АИ-80 в многотопливных двигателях, сконструированных на основе дизельного. В зимнее время можно добавлять до 20 % керосина в летнее дизельное топливо для получения более калорийной смеси и снижения температуры застывания. Дизельный двигатель в таких условиях работает в нормальном режиме и никаких изменений эксплуатационных характеристик двигателя не наблюдается. Керосин очень гигроскопичен, поэтому его применяют для очистки деталей и механизмов от ржавчины, старой смазки и пр. Обладая хорошей впитываемостью и относительно низкой температурой горения, керосин используют для проведения фаер-шоу.
4.6 Газойль (дизельное топливо)
Газойль (дизельное топливо) – это топливо, что включает тяжелые фракции, которые отгоняются при температуре 200-3800 С, при температуре 2500 С отгоняется менее 65% объема, а 85% или более – при 3500 С. Температура вспышки всегда выше 500 С, а удельный вес превышает 0,82. Тяжелые дизельные топлива, получаемые путем смешивания, отнесены к одной группе с газойлем при условии, что их кинематическая вязкость не превышает 27,5 сСт при 380 С. К газойлю можно отнести средние дистилляты, предназначенные для нефтехимической промышленности.
Так как газойль производят из нефти, то она оказывает значительное влияние на конечный углеводородный состав газойля, изменяющийся в широких пределах. В состав газойля входят парафиновые углеводороды (алканы), нафтеновые углеводороды (циклоалканы), ароматические углеводороды (антрацен, индол, прочие арены) и примеси, содержащие гетероатомы.
Применяются газойли в основном как топлива для дизельных двигателей внутреннего сгорания. Также их применяют и в качестве форсуночного топлива, например, в отопительных установках, таких как котлы центрального парового отопления, для обогащения водяного газа и увеличения его свечения. Другим названием этого продукта является дизельное топливо.
Рис. 18. Газойль. Прямогонный, марка «А»
Различают легкий газойль и тяжелый газойль. Легкий газойль – жидкий, легко текуч, не вязкий; тяжелый газойль – слабовязкий, в больших пропорциях обладает свойством сгущать смеси.
4.7 Остаточное мазутное топливо
Остаточное мазутное топливо – это тяжелый нефтепродукт, представляющий из себя остаточный продукт перегонки при атмосферном давлении.
Оно включает все виды топлива (включая те, которые получаются путем смешивания) с кинематической вязкостью выше 27,5 сСт при 380 С. Его температура вспышки выше 500 С и удельный вес выше 0,90. Оно широко применяется на судах и в крупных промышленных нагревательных установках в качестве топлива для промышленных печей или котлов. Другое название этого продукта – мазут.
Рис. 19. Банка с остаточным мазутным топливом
Мазуты делятся на два основных типа: мазуты жидкие и густые. Жидкие мазуты не нуждаются в предварительном подогреве. Густые мазуты для перекачки по трубопроводам, распыления и наиболее эффективного сжигания нуждаются в предварительном подогреве. Подогретый мазут имеет небольшую вязкость, что облегчает его перекачку и распыливание мазутной форсункой. При сжигании мазута форсунке необходимо не только эффективно распылить мазут но и тщательно его перемешать с достаточным количеством воздуха, что способствует быстрому воспламенению и эффективному сжиганию.
Мазуты применяются в качестве топлива для паровых котлов, котельных установок и промышленных печей, для производства флотского мазута, тяжелого моторного топлива для крейцкопфных дизелей и бункерного топлива.
Рис. 20. Мазутные эмульсивные смеси
При различных производствах выход мазута составляет примерно 50 % по массе от исходной нефти. Уже сегодня остро стоит вопрос о стоимости нефти и объемах ее добычи. Это заставляет искать методы более глубокой переработки нефти. Разработано множество методов дальнейшей переработки мазутов, например, производят отгонку дистилляты из мазута под вакуумом, выкипающие в пределах 350-420, 350-460, 350-500 и 420-500 °С. Полученные вакуумные дистилляты используют как сырье для изготовления моторных топлив, в процессах каталитического крекинга, гидрокрекинга и дистиллятных смазочных масел. Полученный от вакуумной перегонки мазута остаток перерабатывают в установках термического крекинга и коксования, а также в производстве остаточных смазочных масел и гудрона, затем перерабатываемого в битум.
На мазутном топливе в Советском Союзе работало относительно небольшое число конденсационных электростанций и значительное число теплоэлектроцентралей, находящихся в крупных населенных пунктах и городах, а также у мест добычи или переработки газа и нефти.
4.8 Уайт-спирит
Рис. 21. Канистра с Уайт-Спиритом
Уайт-спирит в основном используется в лакокрасочной промышленности. Он очень хорошо как растворитель. Им разбавляют масляные краски, алкидные эмали и лаки, мастики на основе битумов и каучуков. Он также хорошо растворяет все нефтяные фракции, растительные масла и жиры, органические соединения серы, кислорода и азота.
Несмотря на то, что уайт-спирит и не реализуют в торговле как топливо он вполне может быть использован в качестве аналога керосину, применяющегося в подвижных и переносных печах, поскольку это – всего лишь легкий сорт керосина.
В России нормы на уайт-спирит как продукт установлены стандартом ГОСТ 3134-78. На российском рынке получил распространение Нефрас-С4-155/205 с товарным наименованием Уайт-спирит, однако производимый по техническим условиям и имеющий более низкие качества.
По степени воздействия на организм уайт-спирит относится к 4-му классу опасности (вещества малоопасные) по ГОСТ 1.007-76.
4.9 Смазочные масла
По назначению смазочные масла подразделяются на:
Рис. 22. Заливка смазочного масла в двигатель
Рис. 23. Применение масла для охлаждения деталей при фрезеровке
Рис. 24. Применение масла для охлаждения деталей при расточке цилиндров в блоке двигателя
Судить о качестве того или иного смазочного масла можно по комплексу его эксплуатационных свойств. К этому комплексу можно отнести смазочные свойства, характеризующие способность масла снижать трение, уменьшать скорость износа или предотвращать износ вовсе, заедание и задир поверхностей трения, ослаблять либо замедлять контактную усталость взаимодействующих металлических поверхностей, обеспечивать более прочный контакт смыкающихся поверхностей во фрикционных механизмах и др.
4.10 Битум
Битум – это твердый или вязкий углеводород с коллоидной структурой, коричневого или черного цвета, который получается как остаток после вакуумной перегонки остатка полученного от перегонки нефти при атмосферном давлении. Иногда он растворим в бисульфите углерода, нелетуч, теплопластичен и часто обладает изолирующими и адгезионными свойствами. Он обычно используется для нанесения защитных покрытий и придания водонепроницаемости дорожным покрытиям и крышам.
Природные битумы – это полезные ископаемые органического происхождения с первичной углеводородной
основой. К битумам относят естественные производные от нефти, образующиеся при нарушении консервации ее залежей в результате химического и биохимического окисления.
Рис. 25. Кусок природного битума
Если же говорить о классификации таких битумов, то они зависят в первую очередь от состава исходных нефтей, а также условий их преобразования. Согласно такой классификации различают: асфальтиты, асфальты, мальты, кериты и антраксолиты. Их добычу проводят карьерным способом, битуминозные пески – шахтным.
Рис. 26. Битум течет в цистерну
Искусственные (технические) битумы – это остаточные продукты переработки нефти, каменного угля и сланцев. По составу схожи с природными битумами.
Битум является древнейшим строительный и отделочный материалом. О свойствах природного битума (земляной смолы), применявшейся для скрепления наконечников древних копий и делающей посуду водонепроницаемой, древний человек знал еще в эпоху неолита. Битумная посуда предшествовала глиняной. Битум использовали в строительстве для изоляции достаточно редкого для Месопотамии дерева. Природный битум часто использовался как связующее вещество при создании мозаик из полудрагоценных камней и раковин (Урский штандарт, мозаичное панно из аль-Убейда).
4.11 Нефтяной парафин
Нефтяной парафин – это топливо, что относится к насыщенным алифатическим углеводородам, получаемым как извлеченный остаток при депарафинизации смазочных масел.
Рис. 27. Парафин нефтяной спичечный «Нс» на поддонах
Основные характеристики парафинов таковы: они бесцветны, в большинстве случаев не имеют запаха и полупрозрачны; их температура плавления превышает 45 °С, удельный вес примерно 0,77 при 80 °С и кинетическая вязкость составляет 3,7-5,5 сСт при 99 °С. Эти парафины используются для производства свечей, полированных составов и придания водонепроницаемости контейнерам, упаковочным материалам и т. д.
В парафине все фракции содержат значительное количество алканов: бензиновые – не менее 50 %, масляные – 20 % и более.
Как известно парафины добывают из нефти. В парафино- нафтеновых нефтях наряду с алканами в заметных количествах включены циклоалканы, с небольшим содержанием аренов. В нефтях этой группы, как и в чисто парафиновых мало асфальтенов и смол. К группе парафино-нафтеновых относятся нефти наиболее крупных месторождений Волго-Уральского бассейна и Западной Сибири.
Для нафтеновых нефтей характерно высокое (до 60 % и более) содержание циклоалканов во всех фракциях; алканов в этих нефтях мало, смолы и асфальтены имеются также в ограниченном количестве. К нафтеновым относятся нефти, добываемые в Баку (бала-ханская и сураханская), на Эмбе (доссорская и макатская), в Майкопе.
Рис. 28. Защитный воск парафиновый нефтяной ЯВ-1 брикеты
Парафиновые нефти характеризуются высокими температурами застывания. В некоторых случаях они достигают 40 °С, вследствие чего нефть приобретает мазеобразную консистенцию. При незначительном понижении температуры вязкость нефти сильно повышается. При содержании в нефти парафина 5-8 % они теряют текучесть уже при 20 °С и ниже. Поэтому перекачка высокопарафинистых нефтей по трубопроводам в зимний период невозможна без предварительного подогрева. Нефти, богатые парафином, обычно имеют высокие бензиновые потенциалы, являются в большинстве своем светлыми, легкими, они характеризуются небольшим удельным весом и содержат мало смолистых веществ.
Разбавление парафиновых нефтей практикуется на некоторых нефтепроводах уже много лет. Необходимое количество разбавителя определяют путем лабораторных анализов проб смеси различной концентрации. Оптимальная концентрация разбавителя должна строго соблюдаться при перекачке.
4.12 Нефтяной кокс
Нефтяной кокс – это энергоноситель, который является черным блестящим остатком, получаемым путем крекинга и карбонизации в печах. Он состоит в основном из углерода (90- 95 %) и сгорает обычно не образуя золы. Главным образом он используется в металлургических процессах, к нему не относятся те твердые остатки, которые получаются от карбонизации угля.
Элементный состав сырого, или непрокаленного нефтяного кокса (в %): углерод – 91-99,5; водород – 0,035-4; сера – 0,5-8; азот + кислород – 1,3-3,8; остальное – металлы. Основные показатели качества – это содержание серы, золы, влаги (обычно не более 3% по массе), выход летучих веществ, гранулометрический состав, механическая прочность.
Нефтяной кокс подразделяют: по содержанию серы на малосернистые (до 1 %), сернистые (до 2 %), высокосернистые (более 2 %); по содержанию золы на малозольные (до 0,5 %), среднезольные (0,5-0,8 %), высокозольные (более 0,8 %); по гранулометрическому составу (таблица 2) на кусковой (фракция с размером частиц более 25 мм), «орешек» (6-25 мм), мелочь (менее 6 мм).
Рис. 29. Нефтяной кокс (Coke Fuel)
Нефтяной кокс является сложной дисперсной системой, в которой дисперсная фаза состоит из кристаллических образований (кристаллитов) разных размеров и упорядоченности во взаимном расположении молекул и пор, а дисперсионная среда – заполняющая поры кристаллитов непрерывная газообразная или жидкая фаза, из которой формируются адсорбционно-сольватные слои, или сольватокомплексы.
Нефтяной кокс используют: для получения анодной массы в производстве Аl, графитированных электродов дуговых печей в сталеплавильной промышленности, в производствах CS2, карбидов Са и Si; в качестве восстановителей в химической промышленности (напр., в производстве BaS2 из барита) и сульфидизаторов в цветной металлургии (для перевода оксидов металлов или металлов, например в производствах Сu, Ni и Со, в сульфиды с целью облегчения их последующего извлечения из руд); специальные сорта как конструкционный материал для изготовления коррозионно-устойчивой аппаратуры.
В пищевой промышленности кокс используется при производстве сахара для замены доменного кокса. Низкокачественный сернистый кокс используется в качестве топлива.
Рис. 30. Низкокачественный сернистый кокс
4.13 Промышленный газ
Промышленный газ – это неконденсируемый газ, собираемый на нефтеперерабатывающих заводах, который обычно полностью используется в качестве топлива на этих заводах. Он известен также под названием нефтезаводской газ.
Природные, попутные и нефтезаводские газы в основе своей имеют углеводородные газы с низкими концентрациями различных примесей. Переработка газового сырья в основном состоит из очистки газов от примесей, удаления тяжелых углеводородов, последующую осушку и разделение на фракции или индивидуальные компоненты. Разделение проводят комбинированием различных методов: абсорбции, адсорбции, ректификации и конденсации. Ниже приводится краткая характеристика отдельных методов переработки газов.
При очистке сухих нефтезаводских газов их очищают в основном от сероводорода. В последующем такие газы используют как топливо на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ). Так как их количества недостаточно для отопления печей, дополнительно в печь вводят жидкое топливо. Также данные газы отирают и на производство водорода. Использование газа на производство водорода приводит к необходимости увеличения расхода жидкого топлива. Тем не менее, использование сухих нефтезаводских газов в качестве сырья для производства водорода целесообразно, потому как они содержат намного больше водорода, чем жидкие углеводороды.
Применительно к производству водорода на НПЗ сухие газы можно разделить на три группы: газы, содержащие предельные углеводороды; водородсодержащие газы; и газы, содержащие непредельные углеводороды.
Если ранее нефтезаводские газы являлись источником только олефиновых и парафиновых углеводородов для производства нефтехимических продуктов, то в настоящее время они используются и как источники серы (в виде сероводорода) и водорода. В США более 10 % всего производства аммиака основано на использовании побочного водорода от процессов каталитического риформинга.
5. Сырьевые нефтепродукты
Сырьевые нефтепродукты – это продукты или сочетания продуктов, полученных из сырой нефти, предназначенных для дальнейшей обработки. Они перерабатываются в одну или несколько составляющих, а также в конечные продукты. Это определение относится и к нафте, которая используется в качестве сырья для нефтеперерабатывающих заводов, и к нафте, возвращаемой химической промышленностью в нефтеперерабатывающую промышленность.
Рис. 31. Завод, где перерабатываются сырьевые продукты
Сырьевые продукты, полученные после разделения отходов на отдельные компоненты и стерилизованные радиацией, можно во многих случаях давать в корм животным. Аналогично как корм или кормовые добавки можно использовать и вещества, содержащиеся в шламах. Нужно признать, что здесь остаются
нерешенными многие технологические проблемы, в первую очередь связанные с присутствием в отходах тяжелых металлов, но, несмотря на трудности, такой путь использования отходов весьма перспективен для экономики, и во многих странах выполняются обширные исследовательские программы, связанные с его разработкой и развитием.
5.1 Нафта
Нафта или Лигроин – представляет собой легкие или средние фракции, отгоняемые при температуре 30-210 °С, для которых нет официального определения, они не соответствуют стандартам, установленным для автомобильного бензина. Эти свойства зависят от технических условий потребителя.
Нафта – это прозрачная желтоватая жидкость. Ранее она вырабатывалась главным образом как моторное топливо для тракторов. В связи с переводом тракторного парка на дизельные двигатели, лигроин, как моторное топливо, утратил свое значение. Соотношение углерода и водорода обычно составляет 84:14 или 84:16 при очень низком содержании серы.
Рис. 32. Емкость с лигроином
В нафту добавляют присадки или смешивают ее с другими материалами для образования высококачественного автомобильного бензина, топлива для реактивных двигателей или может использоваться в качестве сырья для изготовления различных видов химических продуктов, производства промышленного газа, как исходный продукт для получения сырьевых материалов, или ее можно использовать в качестве растворителя.
Впервые упоминание о нафте относится к I веку н. э. Слово «нафта» приписывается Плинию Старшему. Его употребляли алхимики для обозначения различных жидкостей с низкой температурой кипения. Нафта использовалась в первом автомобиле Карла Бенца как топливо в путешествии, совершенном его женой в рекламных целях, в августе 1888 года. Продавался в аптеках как чистящее средство.
Рис. 33. Банка зарубежной нафты
Основным применением нафты является ее применение в качестве сырья для нефтехимической промышленности, при производстве олефинов в паровых крекинг-установках. Также используется в производстве бензинов, как в качестве добавки, так и в качестве сырья для производства высокооктановых добавок. Лигроин используют как растворитель в лакокрасочной промышленности или дизельное топливо. Может применяться в качестве бензина для удаления жирных пятен, для карбюрации воздуха, для особых ламп. Экстрагент лигроина на основе газовых конденсатов может быть использован как наполнитель жидкостных приборов, например манометров.