Применение топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей

Вопросы к зачёту

Применение топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей.

1. Классификация топлив. Физико-химические и эксплуатационные свойства топлив.

2. Автомобильные бензины. Основные требования и обоснование требований к товар­ным бензинам: испаряемость, детонационная стойкость, химическая устойчивость, коррозионная активность, склонность к образованию отложений и образованию, индукционный период окисления.

3. Состав товарных автомобильных бензинов. Принципы компаундирования бензинов. Использование высокооктановых добавок и присадок к бензинам.

4. Авиационные бензины Основные требования и обоснование требований к авиационным бензинам: октановое число и сортность, низшая теплота сгорания, йодное число, кислотность, индукционный период окисления, температура начала кристал­лизации, содержание ароматических углеводородов, серы, механических примесей.

5. Состав товарных авиационных бензинов. Принципы компаундирования авиацион­ных бензинов. Использование высокооктановых добавок и присадок к бензинам.

6. Реактивные топлива. Основные требования и обоснование требований к реактивным топливам: испаряемость, химическая и термоокислительная стабильность, низшая теплота сгорания, температура начала кристаллизации, содержание аромати­ческих углеводородов, серы. механических примесей. Обоснование выбора приса­док для товарных реактивных топлив.

7. Дизельные топлива. Основные требования и обоснование требований к дизельным топливам: цетановое число, фракционный состав, вязкость и плотность, высокотемпературные и низкотемпературные свойства, содержание серы и содержание олефинов, степень чистоты дизельных топлив.

8. Ассортимент товарных дизельных топлив. Отличия в характеристиках летних, зим­них и арктических дизельных топлив. Обоснование выбора присадок для товарных дизельных топлив.

9. Котельные топлива. Основные требования и обоснование требований котельным топливам: вязкость, теплота сгорания, температура застывания и вспышки. Состав и ассортимент товарных котельных топлив.

10. Газовые моторные топлива. Состав и свойства газовых топлив. Сравнение эксплуа­тационных характеристик моторных топлив марки ПА и ПБА с традиционными кар­бюраторными топливами.

11. Нефтяные растворители. Основные требования к товарным растворителям: испа­ряемость, способность к образованию отложений, коррозионная агрессивность, со­держание ароматических углеводородов, содержание общей и меркаптановой серы, степень токсичности. Ассортимент и качество растворителей.

12. Области применения и основные свойства смазочных масел : моторных, индустри­альных, трансмиссионных, турбинных, компрессорных, приборных.

13. Моторные масла. Основные требования и обоснование требований к моторным маслам: индекс вязкости масел, противоизносные, антиокислительные, моюще-диспергирующие, антикоррозионные свойства, температура застывания моторных масел.

14. Основные требования к маслам специального назначения консервационным, электроизоляционным, гидравлическим, технологическим, вакуумным, медицинским и парфюмерным.

15. Основные требования и обоснование требований к пластичным смазкам: предел прочности на сдвиг, вязкость, механическая стабильность, термоупрочнение, испа­ряемость дисперсионной среды, химическая стабильность.

16. Состав и ассортимент товарных пластичных смазок. Свойства пластичных смазок на основе минеральных и синтетических масел.

Ответы на вопросы по предмету «Применение топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей»

Общая характеристика газового сырья-

делится на:

-      нефтяные - добывают нефть вместе с попутным нефтяным газом;

-      газовые – добывают природный газ, основным компонентом которого является метан(его доля до 98%)

-      газоконденсатные: его доля занимает промежуточное значение( фракционный состав значительно шире – основной компонент метан и газовый конденсат).

В природном газе содержится помимо СН₄, также С₃Н₈, С₄Н₁₀, С₅Н₁₂ в незначительном количестве. Также есть примеси: H₂S, CO₂, CS₂, COS, RSH, N₂ в некоторых (не во многих He), а также вода. Если присутствует N₂ то он остается в природном газе. Но при большом содержании N₂ используют мембранное выделение.

Все компоненты – предельные углеводороды(у/в), непредельных у/в в природных газах быть не может.

 На газоконденсатном месторождении в составе могут присутствовать бензиновая, дизельная, и др. фракции, а также мазут. Помимо компонентного состав определяют фракционный. Содержатся только предельные у/в.

газ

 На УКПГ

конденсат

 Температура начала кипения до 62⁰С (пентан-гексановая фракция)

82-120⁰С-толуольная;

120-140⁰С - ксилольная;

(140-160⁰С и 160-180⁰С) – температурные интервалы конца кипения каждой узкой фракции.

Попутный нефтяной газ имеет долю С₃Н₈-С₄Н₁₀ значительно выше, чем в природном газе и составляет от 30 до 70%. Все у/в только предельные.

Покомпонентный состав нефти не определяют. Нефть выражают в виде узких фракций, состоящих из нескольких компонентов, имеющих близкие физико-химические характеристики называют условными компонентами. Все показатели определяют с помощью косвенных показателей (р, t_исп, вязкость).

Нефть характеризуются групповым химическим составом.

 

Алкенов (олефинов) и диенов в составе нефтей нет, но образуются в процессе переработки.

Состав сырья:

Парафины (алканы);

Нафтены(циклоалканы);

Ароматические у/в (арены);

Гетероатомные соединения (у/в, в состав которых входит иной атом S,какого-то металла и др.);

S, N,O – содержащие соединения;

Смолы, асфальтены;

Карбены, карбиды(обедненные водородом высокомолекулярные соединения

Олефины образующихся во всех процессах переработки, но в сырой нефти отсутствуют.

Из природного газа извлекают:

-      СН₄ - для коммунально-бытового потребления;

-      С₂Н₆ – применяется как сырье установок пиролиза , для получения этилена используемого для производства полиэтилена и других продуктов химической промышленности;

-       С₃Н₈ –марки ПТ(пропан технический)и ПА (пропан автомобильный) и ПХ (пропан-хладоагент;

-      С₄Н₁₀ –БТ ( бутан технический), используется как сырье для процессов нефтехимического синтеза, для получения бутадиена(реакция дегидрирования), синтетических каучуков.

-      С₃ –С₄ –смесь СПБТ летняя или зимняя.

Содержание гелия в Оренбургском газоконденсатном месторождении 0,055%, но целесообразно извлекать гелий с содержанием не менее 0,3%. Марка «А» -99,995% гелия.

На основе нефтяного сырья выделяют целевые фракции, которые после процессов облагораживания используют как товарные нефтепродукты.

Каталитический риформинг – это каталитический процесс облагораживания бензиновой фракции с целью повышения октанового числа бензина за счет увеличения доли ароматических у/в i-парафинов.

Депарафинизация – это процесс удаления твердых парафиновых у/в с целью понижения температуры застывания и помутнения.

Каталитический крекинг предназначен для получения высокооктанового бензина.

1. Топлива классифицируются на:

моторные топлива; на нефтяные масла и смазки; растворители; высокооктановые добавки и присадки; углеродные материалы; смазочно-охлаждающие жидкости; парафины и церезины.

Моторные топлива подразделяются на:

карбюраторные топлива (авиационные и автомобильные); реактивные; дизельные (зимние, летние, арктические); котельные (мазут флотский, как топливо для мартеновских печей).

 

2. Бензины, основные эксплуатационные свойства:

Испаряемость - определяет эффективность сжигания топлива. Нормальная работа двигателя обеспечивается быстрым сгоранием топлива: 0,002-0,004 сек. Полнота сгорания топлива уменьшается, если оно в капельном состоянии.

Чтобы топливо соответствовало заданным характеристикам, определяют следующие параметры: давление насыщенных паров; фракционный состав, ρ²⁰₄ .

Чтобы обеспечивалось испарение топлив с заданной скоростью, нормируются пределы выкипания узких фракций.

Фр. 40-180⁰С- авиационный бензин.

Для бензинов определяют температуру начала кипения 10%, 50%,90%,97,5% отгона.

Б 91/115 (марка бензина)

Начало кипения –не ниже 40⁰С

10% - не выше 80⁰С

50%- не выше 105⁰С

90% - не выше 145⁰C

97,5% - не выше 180⁰С

остаток – не боле 1,5 %.

Доля легкой части характеризует пусковую характеристику. Если доля легких недостаточна, то это приводит к тому, что концентрация паров бензина в топливо-воздушной смеси будет недостаточной для воспламенения топлива. Недостаток легких фракций особенно проявляется при запуске двигателя при низких температурах.

Чрезмерное высокое содержание легких фракций приводит к образованию паровых пробок в топливной системе двигателя.

 Кроме фракционного состава испаряемость характеризуется давлением насыщенных паров, оно должно быть не менее 250 мм.рт.ст. и не более 340 мм.рт.ст.

Плотность не нормируется численно, но для каждой марки оговаривается.

 Для автомобильных бензинов:

	АИ-93		АИ-98
	Нач. кип. –не менее 350С( только летние зим. не норм.)		Нач. кип – не менее 350С( только летние зим. не норм)
	Лет.	Зим.	Летний	Зимний
10%	Не выше 700С	Не выше 550С	Не выше 700С	Не выше 550С
50%	Не выше 1150С	Не выше 1000С
90%	Не выше 1800С	Не выше 1600С
97,5%	Не выше 1900С	Не выше 1850С

Давление насыщенных паров летнего топлива не менее 500 мм.рт.ст.

Для зимнего от 500 до 700 мм.рт.ст.

Детонационная стойкость – характеризуется октановым числом( топливо при сжигании должны образовывать СО₂ и Н₂О, но при ином направления процесса образуются пероксиды, которые самовозгораются, т.е. процесс становится неуправляемым. Устойчивость к детонации определяется химическим составом: Изопарафины (разветвленные алканы, больше разветвленность, тем выше устойчивость к детонации). Самой высокой устойчивость обладают изопарафины, они при сжигании почти не образуют пироксидов. Ароматические у/в также не образуют пироксидов, их доля незначительна. Олефины (алкены) Нафтены. Н-парафины(линейного строения).

Октановое число – условный показатель, который характеризует детонационную стойкость бензинов по сравнению с эталонной смесью I-октана и н-гептана.

За основу взято соединение 2,2,4 триметилпентан.(изооктан)

СН₃

СН₃-С-СН₂ -СН-СН₃ Октановое число принято за 100 пунктов

СН₃ СН₃

Наименее устойчивых к детонации компонент н-гептан С₇Н₁₆(линейного строения, поэтому имеет низкую температуру кипения. Октановое число 0 пунктов.

АИ-93 – смесь состоит из 93 октана и 7 гептана.

Вторичные, третичные спирты, эфиры имеют детонационную стойкость от 100 до 120. Была принята условная шкала: тетраэтил свинец + 2,2,4-триметилпентан. Использовать из экологических соображений отказались, эта смесь используется только как эталонная, она также приводит к нагарообразованию.

 Существуют два метода определения октанового числа: исследовательский и моторный.

-      Исследовательским - в менее мягком режиме, в городских условиях

-      моторным – в более сложных условиях.

Оба опытным путем, различаются числом оборотов каленчатого вала.

Б 91/115 сортность маркировка.

Наиболее чувствительны к режиму работы двигателя непредельные и ароматические у/в. Октановое число определяемого по моторному методу делают на бедной моторной смеси

а=0,95-1,0(коэф. избытка воздуха)

Сортность определяется на богатой воздушной смеси а= 0,6-0,7. Это тоже октановое число, оно оценивает прирост мощности.

На стадии приготовления бензина следует определять октановое число распределения ( если бензин отделили после отгона 50%, определяем октановое число для обеих частей( легкая часть обладает более высоким октановым числом, но может быть наоборот). Октановое число должно быть более или менее равномерным, это показатель эксплуатационных свойств. К=0,9-1,1 коэффициент распределения - отношение легкой части к тяжелой в бензине.

В состав товарных бензинов включают следующие фракции:

Бензины реформинга; Бензины kat крекинга(присутствие олефинов); При компаундировании подмешивают прямогонные бензины; Изомеризаты; Алкилаты; Кислородосодержащие добавки; Бутаны ШФЛУ для зимних сортов автомобильных бензинов.

Состав может быть различным. Каждая отдельная фракция имеет различное распределение октанового числа. В легкой части может быть значительно выше, что для товарных бензинов неприемлемо.

В прямогонных бензинах октановое число повышается с утяжелением фракции. Имеют низкие значения 40-60 октанового числа.

Смешивая бензины риформинга и прямогонного применяют дополнительные меры: ввести добавки которые характеризуются более высоким октановым числом и они должны по температурам кипения соответствовать легкой части бензина. Наиболее распространенные добавки: спирты, i- пропанол, i-бутанол, эфиры.

СН₃

СН₃-СН-СН₂-ОН СН₃-С-ОН СН₃ -СН₂ -СН-ОН СН3-О-С-СН₃

СН₃  СН₃ СН₃ СН₃

Метил-триэтиловый эфир

Добавки спиртов не должны превышать 5%, то эфиров или смесей спирто-эфиров до 15%

У бензина риформинга максимальная чувствительность 10-12 единиц. Ароматические у/в наиболее чувствительны. Самая низкая чувствительность у прямогонного 1,0-2,0 единиц.

Бензины kat крекинга имеют среднею чувствительность 4-7 единиц, также гидрокрекинга около 4 единиц.

Если присутствуют непредельные у/в, то это влияет на другие характеристики, химическую стабильность (олефины на стадии транспортировки окисляются воздухом), меняется фракционный состав, повышается кислотное число (индуктивный период окисления не будет удовлетворять товарным показателям). Если присутствуют вторичные бензины, то добавляют антиокислительные присадки.

СН₃ ОН СН₃ СН₃  О ^- СН₃

 СН₃ – С- - С-СН₃ СН₃ – С- -С-СН₃

 → + Н⁺

СН₃ СН₃  СН₃ СН₃

СН₃ СН₃

 

Агидол (ионол)

 

О= --NH-- =О

Параоксидифенил амин ( это антиокислительная присадка)

Общий принцип антиокислительной присадки.

Процесс окисления идет через стадию образования свободных радикалов. Эти крупные молекулы с подвижным атомом Н⁺ и объемными заместителями. Атом Н⁺ способен отщепляться с образованием свободного радикала R* +H* →RH.

RH- неактивная молекула. Молекула не вступает в реакцию и остается в системе. Добавляется порядка 0,01% -0,02% по массе в бензин. Эта присадка готовится как раствор в ароматических у/в( в толуоле, ксилоле, любой моноциклической ароматике)

При длительном хранении присадки расходуются, тогда процесс окисления начинает идти более активно.

Чтобы оценить устойчивость к окислению, вводят понятие- индуктивный период окисления. Для автомобильных бензинов не менее 90 минут для первой категории качества, для высшей категории 1200 минут.

Для авиационных бензинов не менее 8 часов. Через 6 месяцев этот показатель должен быть заново анализироваться.

Бензин заливают в металлическую бомбу, устанавливают манометр, термостатируют при 100⁰С. В какой-то момент  давление начинает понижаться. От начала термостатирования до начала понижения давления – считают время индукционного окисления. Этот показатель указывает, что в течении 2 лет бензин не меняет своих окислительных свойств.

Химический состав бензинов.

Для товарных бензинов вводится ограничение на содержание ароматических у/в.

Сейчас ограничение 45% ароматических у/в в большинстве стран с 2001г. Осуществлен переход на экологические чистые бензины с содержанием не более 35%. Это вызвано с экологическими нормами. Содержание бензола 1,0%, в России 5%. Ароматические у/в имеют высокие октановые числа.

В США производят бензин на основе kat крекинга. При наличии ароматики при сгорании образуются бензперены.

Этилированные добавки характеризуются тем, что у них низкая биоразлагаемость, абсолютно безвредны, но имеют неприятный запах. Трибутиловый эфир разлагается в грунте.

Содержание серы:

Для высшей категори качества для АИ-93 0,01%, для АИ-98 не более 0,05%, для первой категори до 0,1%.

Для бензина поступающего на установки Орского НПЗ содержание серы 5*10^-5%

0,001% конкурентоспособный бензин на сегодняшний момент, а к 2005г. 0,00005%.

Прямогонный бензин очень грязный( много серы) , но его добавляют в бензин, что приводит к загрязнению бензина.

Реактивные и дизельные топлива.

В воздушных реактивных двигателях топливо подается в камеру сгорания непрерывно. Зажигание топлива происходит только при запуске двигателя. Воздух предварительно подается предварительно компремируется, продукты сгорания подаются в турбину, где часть тепловой энергии превращается в механическую работу для вращения колеса турбины. От вала колеса турбины приводится в движение ротор компрессора, топливный и масляный насосы. После турбины продукты сгорания проходят реактивные сопла и расширяясь в нем – создают реактивную силу тяги.

Реактивные топлива получают на основе прямогонных керосиновых фракций. Фракционный состав реактивных топлив различных марок отличается.

Для дозвуковой авиации температура начала кипения не выше 150⁰С(130-140), температура конца кипения не выше 250⁰С (ТС-1) – марка топлива.

Для других топлив температура конца кипения не выше 280 ⁰С (Т-1, Т-2), температура начала кипения не выше 150⁰С.

Для сверхзвуковой авиации используется топливо, которое характеризуется утяжеленным фракционным составом Т-8В фр. 165-280⁰С, Т-6 фр. 195-315⁰С.

Пределы отбора отличаются следующими причинами (пределы выкипания 10%, 20%…)

Обеспечение требуемой испаряемости топлив(долей легких фракций) Температура начала кристаллизации. Она определяется конечной температурой кипения, температура кристаллизации не выше –60⁰С.

Основные требования, предъявляемые к реактивным топливам.