Мазуты: технология получения и классификация

Мазуты: технология получения и классификация

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Петрозаводский государственный университет

Карельский региональный институт управления, экономики и права

Петр ГУ при Правительстве Республики Карелия

Кафедра: энергообеспечение предприятий

Реферат

Топливо и смазывающие материалы

Тема: Мазуты: технология получения и классификация

Петрозаводск 2012

Содержание

Технология получения

Классификация мазута

Физико-химические свойства мазута

Основные эксплуатационные характеристики котельных и тяжелых топлив

Химическое и коррозионное действия среды на материал и оборудование

Список литературы

Технология получения

Мазут - жидкий продукт темно-коричневого цвета, фракция, выкипающая при температуре выше 350°С, называется мазутом (остаток после отбора светлых дистиллятов).

Фракция (или дистиллят) - это часть нефти, выкипающая в определённых температурных пределах. Мазут это смесь углеводородов, нефтяных смол, асфальтенов, карбенов, карбоидов и органических соединений, содержащих металлы. Выход мазута составляет около половины исходного объема нефти.

Примерный компонентный состав товарного мазута может включать в себя: мазут атмосферной перегонки нефти, гудрон, вакуумные газойли, экстракты масляного производства, керосино-газойлевые фракции (первичные и вторичные), тяжелые газойли каталитического крекинга и коксования, битумы, остатки висбрекинга, тяжелые смолы пиролиза.

Подготовленная на установке по обессоливанию и обезвоживанию нефти (ЭЛОУ) нефть поступает на установки первичной перегонки для разделения на дистиллятные фракции и мазут или гудрон. Полученные фракции и остаток, как правило, не соответствуют требованиям ГОСТ на товарные нефтепродукты. Поэтому для их облагораживания, а также углубления переработки нефти продукты, полученные на установках атмосферной и атмосферно-вакуумной перегонки, используются в качестве сырья вторичных (деструктивных) процессов в соответствии с вариантом переработки нефти.

Технология первичной перегонки нефти имеет целый ряд принципиальных особенностей, обусловленных природой сырья и требованиями к получаемым продуктам. Нефть как сырье для перегонки обладает следующими свойствами: имеет непрерывный характер вскипания, невысокую термическую стабильность тяжелых фракций и остатков, содержащих значительное количество сложных малолетучих и практически нелетучих смолистоасфальтеновых и серо-, азот- и металлорганических соединений, резко ухудшающих эксплуатационные свойства нефтепродуктов и затрудняющих последующую их переработку.

Поскольку температура термической стабильности тяжелых фракций примерно соответствует температурной границе деления нефти между дизельным топливом и мазутом по кривой ИТК, первичную перегонку нефти до мазута проводят обычно при атмосферном давлении, а перегонку мазута - в вакууме. Выбор температурной границы деления нефти при атмосферном давлении между дизельным топливом и мазутом определяется не только термической стабильностью тяжелых фракций нефти, но и технико-экономическими показателями процесса разделения в целом. В некоторых случаях температурная граница деления нефти определяется требованиями к качеству остатка. Так, при перегонке нефти с получением котельного топлива температурная граница деления проходит около 300 ⁰С, т.е. примерно половина фракции дизельного топлива отбирается с мазутом для получения котельного топлива низкой вязкости.

Однако такой вариант в настоящее время не является основным. В последние годы для расширения ресурсов дизельного топлива, а также сырья каталитического крекинга-наиболее важного и освоенного процесса, углубляющего переработку нефти-на установках атмосферной и атмосферно-вакуумной перегонки (АТ и АВТ) осуществляется все более глубокий отбор дизельной фракции и вакуумного газойля соответственно. Для получения же котельного топлива заданной вязкости используется процесс висбрекинга тяжелого остатка вакуумной перегонки.

Таким образом, вопрос обоснования и выбора температурной границы деления нефти зависит от вариантов технологических схем перегонки нефти и мазута и вариантов переработки нефти в целом.

Обычно перегонку нефти и мазута ведут соответственно при атмосферном давлении и в вакууме при максимальной (без крекинга) температуре нагрева сырья с отпариванием легких фракций водяным паром. Сложный состав остатков перегонки требует также организации четкого отделения от них дистиллятных фракций, в том числе и высокоэффективной сепарации фаз при однократном испарении сырья. Для этого устанавливают отбойные элементы, что и позволяет избежать уноса капель паровым потоком.

Классификация мазута

Топочные мазуты представляют собой одну из основных разновидностей тяжелого жидкого топлива, включающего также флотский мазут и мазут - топливо мартеновских печей (печное топливо). Котельные топлива применяют в стационарных паровых котлах, в промышленных печах. Тяжелые моторные и судовые топлива используют в судовых энергетических установках. Топочные мазуты, как и другие виды жидкого нефтяного топлива, получают на нефтеперерабатывающих заводах либо в процессе перегонки нефти, либо при высокотемпературной переработке ее промежуточных фракций (крекинг - процессе).

В зависимости от содержания серы топочные мазуты подразделяют на низкосернистые - до 0,5%, малосернистые - от 0,5% до 1,0%, сернистые - от 1,0 до 2,0% и высоко-сернистые от 2,0 до 3,5%.

По способу производства различают прямогонные мазуты и крекинг-мазуты.

Прямогонный мазут представляет собой смесь тяжелых нефтяных остатков прямой перегонки нефти с ее маловязкими фракциями. Подмешивание дистиллятов к тяжелому остатку необходимо для поддержания вязкости мазута в пределах требований стандарта.

Крекинг-мазут представляет собой тяжелый высоковязкий остаток крекинг-процесса.

К котельным топливам относят топочный мазут марок 40 и 100, вырабатываемые по ГОСТ 10585 - 75 (в М-40 для снижения температуры застывания до 10^° С добавляют 8 - 15 % среднедистиллятных фракций, в М-100 дизельные фракции не добавляют), к тяжелым моторным топливам - флотские мазуты Ф-5 и Ф-12 - по ГОСТ 10585-75, моторные топлива ДТ и ДМ - по ГОСТ 1667-68.

К судовым топливам относят дистиллятное топливо ТМС по ТУ 38. 101567-87 и остаточные топлива СВТ, СВЛ, СВС по ТУ 38.1011314-90.

Флотский мазут марки Ф-5 получают смешением продуктов прямой перегонки нефти: 60-70 % прямогонного мазута и 30-40 % дизельного топлива с добавлением депрессорной присадки. Допускается использование в его составе до 22 % керосиново-газойлевых фракций вторичных процессов, в том числе легкого газойля каталитического и термического крекинга.

Мазут экспортный - смесь 85-90% мазута прямой перегонки и 10-15% дистиллятных фракций (дизельной или керосиново-газойлевой фракции. Маркируется М-1,0; в маркировке указано содержание серы (1%) - это верхний предел для экспортного мазута.

В небольшом количестве в качестве жидкого котельного топлива используются остатки перегонки смол, получаемых при термической переработке углей и горючих сланцев (угольные и сланцевые мазуты).

Кроме флотских и топочных мазутов промышленность выпускает технологическое топливо по ТУ 38.001361-87. Это топливо изготовляют только из продуктов прямой перегонки нефти.

Для судовых энергетических установок вырабатывают несколько видов топлив, в том числе моторное топливо по ГОСТ 1667-68, судовое маловязкое топливо по ТУ 38.101567-87 и судовое высоковязкое топливо по ТУ 38.1011314-90.

Для газотурбинных установок получают нефтяное топливо из дистиллятов вторичных процессов и прямой перегонки нефти путем компаундирования легких газойлей коксования, каталитического крекинга и прямогонных фракций дизельного топлива (180-420 0С). В газотурбинном топливе строго ограничивается содержание ванадия и серы. Наличие ванадия приводит к высокотемпературной ванадиевой коррозии лопаток газовой турбины, а сера усиливает ванадиевую коррозию железных сплавов.

Печное бытовое топливо предназначено для сжигания в отопительных установках небольшой мощности, расположенных непосредственно в жилых помещениях, а также в теплогенераторах средней мощности, используемых в сельском хозяйстве для приготовления кормов, сушки зерна, фруктов, консервирования и других целей. По фракционному составу оно может быть несколько тяжелее дизельного топлива. В нем не нормируются цетановое и иодное числа, температура помутнения.

Требования, предъявляемые к качеству котельных, тяжелых моторных, судовых, газотурбинных и печных топлив, устанавливающие условия их применения, определяются такими показателями качества, как содержание воды, механических примесей, зольность, содержание серы, вязкость, температуры застывания и вспышки, теплота сгорания.

Выход мазута составляет около 50 % по массе в расчете на исходную нефть. В связи с необходимостью углубления ее дальнейшей переработки мазут во все большем масштабе подвергают дальнейшей переработке, отгоняя под вакуумом дистилляты, выкипающие в пределах 350-420, 350-460, 350-500 и 420-500°С. Вакуумные дистилляты применяют как сырье для получения моторных топлив, в процессах каталитического крекинга, гидрокрекинга, дистилляторных смазочных масел. Остаток вакуумной перегонки мазута используют для переработки на установках термического крекинга и коксования, в производстве остаточных смазочных масел и гудрона, затем перерабатываемого на битум. (Рисунок 1. Принципиальная схема переработки мазута).

мазут топливо нефть химический

Рис. 1. Принципиальная схема переработки мазута.

Физико-химические свойства мазута

Физико-химические свойства мазута зависят от химического состава исходной нефти и степени отгона дистиллятных фракций и характеризуются следующими данными: вязкость 8-80 мм²/с (при 100 °С), плотность 0,89-1 г/см³ (при 20 °С), температура застывания 10-40°С, содержание серы 0,5-3,5 %, золы до 0,3 %, низшая теплота сгорания 39,4-40,7 МДж/моль. Типичное распределение смолисто-асфальтеновых веществ в мазуте представлено в табл. 1.

Таблица 1.

Основными характеристиками мазута является: плотность, вязкость, и температура застывания, которые более детально описаны в табл. 2.

Таблица 2.

Основные эксплуатационные характеристики котельных и тяжелых топлив

Эксплуатационные характеристики определяются поведением топлива в условиях хранения, транспортировки и эксплуатации. Эти показатели определяются следующими физико-химическими характеристиками:

. Вязкость - определяет методы и продолжительность сливно-наливных операций, условия перевозки и перекачки, гидравлическое сопротивление при транспортировке по трубопроводам и эффективность работы форсунок. От вязкости будет зависеть способность отстаивания от воды, чем выше вязкость, тем труднее отделяется вода. По химическому составу все темные топлива отличаются наличием твердых парафинов, асфальто-смолистых веществ.

. Содержание серы - нормы по содержанию серы определяются характеристиками нефти, из которой получен мазут. Сера в легких дистиллятах темных топлив содержится в виде различных соединений. В остаточных фракциях сера неактивная: сульфиды, теофены, теофаны. Наличие в дымовых газах SO₃ повышает температуру начала конденсации газа (повышает точку росы), в результате чего на поверхностях котлов конденсируются капли серной кислоты.

. Теплота сгорания - от теплоты сгорания зависит расход топлива, измеренного кДж/кг, т.е. это выделение тепла на единицу топлива. ГОСТом нормируется низшая теплота сгорания - это теплота сгорания, не учитывающая расход тепла на конденсацию паров воды. Высшая теплота сгорания - это теплота сгорания, учитывающая затраты тепла на конденсацию воды. Теплота сгорания зависит от химического состава и от соотношения углерод-водород. Кроме того, низшая теплота сгорания зависит от содержания сернистых соединений. Для топлив высокосернистых она ниже, чем для малосернистых. Для котельных топлив низшая теплота сгорания Q_H=39900-41580 дж/кг, при ρ=940-970 кг/м³.

. Температура застывания - характеризует условия хранения, слива и перекачки. Зависит от качества перерабатываемой нефти и от способа получения топлива. Для топочных мазутов М-40 и М- 100 температура застывания должна быть до +25⁰С.

. Температура вспышки для флотских мазутов определяют в закрытом тигле (не ниже 75-80°С), для котельных топлив определяют в открытом тигле (не ниже 90-100°С).

. Содержание примесей - содержание примесей воды, механических примесей, определение зольности. Показатель зольности характеризует содержание в топливе солей металла.

Разные марки мазута имеют различную энергетическую ценность. Однако низшей теплотворной способностью мазута является 9000 ккал/кг.

Химическое и коррозионное действия среды на материал и оборудование

Мазут относиться к слабо коррозионно-активным жидкостям, скорость коррозии металлов при контакте с мазутом составляет 0,05-0,1 мм. металла в год. В связи с этим при выборе материала для изготовления оборудования применяются легированные стали с содержанием хрома, марганца, титана и т.п. Для изготовления оборудования используются стали марок: 08Г2С, Х18Н10Т и т.п. При расчетах на прочность аппаратов и оборудования с учетом коррозии вводят поправки на толщину стенки. К примеру, если срок службы аппарата составляет 12 лет, то с учетом коррозии толщину стенку увеличивают на 1,2мм. А для борьбы с коррозийностью нефти как сырья для получения мазута применяют электрообессоливающие установки (ЭЛОУ).

Для защиты колонного оборудования от коррозии применяют антикоррозионные добавки: ингибитор коррозии и нейтрализатор коррозии, которые вводятся непосредственно в «шлемовые» трубопроводы колонн. На старых установках используют для защиты от коррозии 2-4% раствор аммиачной воды, которую также вводят «шлемовые» трубопроводы колонн.

Разумеется, при повышении температуры мазута, вязкость значительно понижается. Именно поэтому для лучшего перекачивания и перемещении топлива его температуру искусственно повышают. Кроме того, подогревают мазут и при сжигании в форсунках. Однако следует учитывать, что в случае, если температура мазута достигнет температуры вспышки (то есть температуры, при которой выделившийся из мазута пар, при наличии воздуха и при наличии открытого огня, могут воспламениться) это неминуемо приведет к пожару. Поэтому очень важно знать температуру вспышки данной марки мазута.

Одним из серьезных плюсов мазута является простота его хранения. В отличие от бензина и керосина он может храниться в негерметичных емкостях, так как он не обладает высокой степенью испарения. В отличие от битума, мазут не нуждается в постоянном подогреве. Однако при этом следует помнить, что при длительном хранении мазута в негерметичных емкостях, он может вбирать в себя большое количество воды - конденсирующаяся влажность. Разумеется, примесь воды в мазуте очень нежелательна, поэтому, несмотря на его не привередливость, стоит соблюдать определенные условия хранения. Чаще всего для его хранения используются огромные железобетонные или бетонные резервуары.

Замечание относительно покупки мазута. Как уже упоминалось, топочный мазут марки М100 чаще всего находит применение в отопительных системах, котельных. По этой причине в летний период цена на него несколько уменьшается (в большинстве регионов проблема отопления летом отсутствует). С другой стороны, при достаточно длительном хранении М100 (как и другие мазуты) значительно ухудшает свои характеристики (прежде всего, это касается увеличения массовых долей воды и механических примесей или загрязнений), то есть, заблаговременная закупка большого количества мазута вряд ли имеет смысл. Очевидно, что в свете этих соображений, при покупке мазута нужно придерживаться разумного компромисса описанных противоречивых факторов.

Отдельный разговор пойдет о содержании влаги, по ГОСТу содержание воды в мазуте не должно превышать 1%. Мазут не слишком требователен к условиям хранения, но все же в результате длительного хранения может перенасытиться влагой, вбирая в себя конденсат и влажность, что не может не сказаться на его на его качестве, увеличивается температура возгорания и уменьшается выделяемое при сгорании тепло, а, следовательно, происходит перерасход топлива. Из-за чего любой мазут с длительного хранения продается по сниженной цене.

Список используемой литературы

1. Химия нефти/ под редакцией З.И.Скопяева. Л.: Химия, 1984.

2. Петров А.А. Углеводороды нефти. М: Химия, 1984.

3. Эрих В.Н., Расина М.Г., Рудин М.Г. Химия и технология нефти и газа. Л.: Наука, 1985.

4. Пэрэушану В., Коробя М., Муска Г. Производство и использование углеводородов. M.: Мир, 1987.

5. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1988.

6. Химия нефти и газа/ под ред.В.А.Проскурякова и А.Е.Драпкина. Л.: Химия, 1989.

7. Новые процессы органического синтеза. М.: Химия, 1989.

8. Данилов А.М. Присадки и добавки. М., Химия, 1996.

9. Данилов А.М. Применение присадок в топливах для автомобилей. Химия, 2000.

10. Данилов А.М. Введение в химмотологию. М., Техника, 2003.

11. Поконова Ю. Нефть и нефтепродукты. СПб, Из-во Промис, 2003.

12. Рябов В.Д. Химия нефти и газа. М., Техника, 2004.

13. Крылов О.В. Гетерогенный катализ. М., Академкнига, 2004.

14. Каминский Э.Ф., Хавкин. Глубокая переработка нефти: технологический и экологический аспекты. М., Техника. 2004.

15. Журнал Всесоюзного химического общества им.Д.И.Менделеева. 1989. Т.34. №6; 2003. Т.48. №6.

16. Обзорные и оригинальные статьи в журналах “Успехи химии”, “Нефтехимия”, “Прикладная химия”, “Химическая технология” и др.

Электронные ресурсы: www.da.ru/books <http://www.da.ru/books> или elibrary.sitecity.ru/index.phtml <http://elibrary.sitecity.ru/index.phtml> или chemtox.da.ru/books