Avtonova37.ru

Авто мастер
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Влияние пусковых рабочих и концевых фракций на работу двигателя

Описание веществ во фракционном составе нефтепродуктов: разбираем вместе

Фракционный состав является важным показателем качества нефти. В процессе перегонки на нефтеперерабатывающих заводах при постепенно повышающейся температуре из нефти отгоняют части — фракции, отличающиеся друг от друга пределами выкипания.

При атмосферной перегонке получают следующие фракции, выкипающие до 350 °С, — светлые дистилляты:

Последнее время фракции, выкипающие до 200 °С, называют легкими, или бензиновыми, от 200 до 300 °С — средними, или керосиновыми, выше 300 °С — тяжелыми, или масляными.

Все фракции, выкипающие до 350 °С, называют светлыми, остаток после отбора светлых дистиллятов (выше 350 °С) называется мазутом. Дальнейшая ректификация мазута при атмосферном давлении крайне затруднена, поэтому его разгоняют под вакуумом, при этом получают следующие фракции в зависимости от переработки:

Получение масел происходит в следующих температурных интервалах: 300–400 °С — легкая фракция, 400–450 °С — средняя фракция, 450–490 °С — тяжелая фракция, более 490 °С — гудрон. Асфальтосмолопарафиновые отложения (АСПО) также относят к тяжелым компонентам нефти — Тпл

Что такое фракционный состав нефти

Нефть – уникальное природное полезное ископаемое, которое представляет собой черную жидкость маслянистой консистенции, имеющую специфический вид и запах. На сегодняшний день нет единого научного мнения о ее происхождении в природе. Так, наиболее популярная теория гласит, что процессы нефтеобразования проходили миллионы лет, а само полезное ископаемое являет собой остатки органических веществ. Иными словами, нефть образовалась из очень древних живых организмов.

Несмотря на то что данная теория получила всеобщее признание, отдельные ученые заявляют, что этот природный ресурс имеет абиогенное происхождение. Иными словами, нефть есть результат химического и физического воздействия высоких температур и давления на неорганические вещества.

Это полезное ископаемое крайне неоднородно распространено по планете. Так, наиболее крупные месторождения приходятся на районы Персидского и Мексиканского заливов, Западную Сибирь, Каспий, Норвежское море и т. д. На сегодняшний день многие из них близки к исчерпанию, что заставляет правительства и нефтяные компании проводить усиленную геологоразведку и совершенствовать методы нефтедобычи для разработки более труднодоступных участков залегания ресурса.

Нефть имеет крайне сложный химический состав. По сути, она состоит из огромного количества различных соединений, обладающих разной молекулярной массой. На сегодняшний день не существует методик, которые бы позволили получать из нефти-сырца необходимый конечный продукт. Однако возможно разделение ее на фракции, углубленная переработка которых позволяет решить данную проблему.

По сути, фракция нефти представляет собой определенную группу соединений, объединенных общими химическими свойствами. Основной их особенностью выступает тот факт, что выкипают они только в определенном температурном интервале. Это их свойство позволяет осуществлять процесс ректификации, то есть первичной перегонки нефти. При использовании различных методов очистки происходит вторичная перегонка для получения более качественного продукта.

В соответствии со стандартами, принятыми в нефтеперерабатывающей промышленности, существует определенная градация фракций. Так, они бывают:

  • Легкими.

В их число входят петролейная и бензиновая фракции. Они образуются при температуре до +140 градусов.

Считаются лигроиновые, керосиновые и дизельные. Вместе с легкими они относятся к светлым нефтяным фракциям.

При высокой температуре, составляющей более +350 градусов, и в условиях вакуума образовывается мазут (темная фракция). Из него путем углубленной перегонки получают вакуумный газойль, а также гудрон в качестве остатка.

Свойства бензинов

Бензины — легковоспламеняющиеся бесцветные или слегка желтые (при отсутствии специальных добавок) жидкости, имеющие плотность 700-780 кг/м? Бензины имеют высокую летучесть, и температуру вспышки в пределах 20-40 градусов по Цельсию. Температура кипения бензинов находится в интервале от 30 до 200 C. Температура застывания — ниже минус 60 градусов. При сгорании бензинов образуется вода и углекислый газ. При концентрациях паров в воздухе 70—120 г/м3 образуются взрывчатые смеси.
Автомобильные бензины в силу своих физико-химических характеристик должны обладать следующими свойствами:

  • Однородность смеси;
  • Плотность топлива — при +20 °С должна составлять 690…750 кг/м2;
  • Небольшую вязкость — с ее увеличением затрудняется протекание топлива через жиклеры, что ведет к обеднению смеси. Вязкость в значительной степени зависит от температуры. При изменении температуры от +40 до -40 °С расход бензина через жиклер меняется на 20…30%;
  • Испаряемость — способность переходить из жидкого состояния в газообразное. Автомобильные бензины должны обладать такой испаряемостью, чтобы обеспечивались легкий пуск двигателя (особенно зимой), его быстрый прогрев, полное сгорание топлива, а также исключалось образование паровых пробок в топливной системе;
  • Давление насыщенных паров — чем выше давление паров при испарении топлива в замкнутом пространстве, тем интенсивнее процесс их конденсации. Стандартом ограничивается верхний предел давления паров летом — до 670 ГПа и зимой — от 670 до 930 ГПа. Бензины с более высоким давлением склонны к образованию паровых пробок, при их использовании снижается наполнение цилиндров и теряется мощность двигателя, увеличиваются потери от испарения при хранении в баках автомобилей и на складах;
  • Низкотемпературные свойства — способность бензина выдерживать низкие температуры;
  • Сгорание бензина. Под “сгоранием” применительно к автомобильным двигателям понимают быструю реакцию взаимодействия углеводородов топлива с кислородом воздуха с выделением значительного количества тепла. Температура паров при горении достигает 1500…2400 °С.
Читать еще:  Что будет если не заводить дизельный двигатель всю зиму

Методы определения фракционного состава нефтепродуктов

Фракционирование нефти необходимо, чтобы выбрать направления переработки сырьевой базы, узнать точное содержание базовых масел при перегонке нефти. На основании этого классифицируются все свойства фракций.

  • Метод A — использование автоматических аппаратов для определения фракционного состава нефти и отдельных псевдокомпонентов. Колбы используются из термостойкого стекла, дно и стенки которых одинаковой толщины.
  • Метод B – применение четырехгнездного, или шестигнездного аппарата. Колбы с круглым дном вместимостью 250 см3. Метод применяется только для разгонки темных нефтепродуктов.

Повышение КПД двигателя

Топливная эффективность и КПД современных двигателей находятся на своём максимальном уровне, поскольку все усовершенствования, которые только могли иметь место в автомобильной инженерии, уже произошли. Тем не менее, производители стремятся повышать коэффициент полезного действия, но результат, который они получают, никак не сопоставим с огромными ресурсами, усилиями и временем, которое тратят для достижения цели. Итогом является увеличение КПД лишь на 2 — 3 %.

Частично именно эта ситуация стала причиной появления полноценной индустрии так называемого тюнинга двигателя в любой крупной стране. Речь идёт о многочисленных полукустарных мастерских, мелких фирмах и отдельных мастерах, которые доводят традиционные моторы массовых брендов для более высоких показателей, как в плане тяги, так и мощности или КПД. Это может быть форсирование, доработка, доводка и другие ухищрения, определяемые, как тюнинг.

Например, используемый впервые в 20-х годах турбонаддув воздуха, который поступает в двигатель, применяется и сейчас. Такое устройство было запатентовано ещё в 1905 году швейцарским инженером Альфредом Бюхи. В начале Второй мировой войны наблюдалось массовое внедрение систем прямого впрыска топлива в цилиндры поршневых моторов военной авиации. Следовательно, те передовые технические ухищрения, которые мы считаем современными, известны уже более 100 лет.

Linas Technology — Distillation of 21 century
Технология ЛИНАС — ректификация ХХI века

Установки Линас позволяют работать в различных технологических режимах. Даже в стандартном варианте установки Линас отличаются очень высоким качеством получаемых продуктов. Однако установка дополнительных секций дает ректификационной колонне Линас ряд коммерческих преимуществ, недоступных для традиционной ректификации:

  1. Повышенный выход дизельной фракции на колонне высокой четкости деления.
  2. Увеличение глубины отбора светлых фракций из нефтяного сырья на колонне с дополнительной ректификационной секцией (промежуточной).

1. Повышенный выход дизельной фракции.

При перегонке нефтяного сырья на колонне с повышенной четкостью деления фракций становится возможным увеличить выход дизельной фракции на 5. 10% от общей производительности установки в зависимости от состава сырья.

Качество продуктов, получаемых на ректификационной колонне, определяется четкостью деления между фракциями исходного сырья. Чем выше и эффективнее колонна, тем большую четкость деления она имеет.

Нефть является многокомпонентной смесью, которая состоит из большого количества веществ с различными температурами кипения. В процессе разделения в ректификационной колонне они группируются по целевым фракциям. При этом вещества с близкими температурами кипения попадают в зону перекрытия между соседними фракциями. Чем выше четкость деления в ректификационной колонне, тем меньше близкокипящих веществ оказываются в зоне перекрытия соседних фракций. То есть граничные фракции содержат меньше близкокипящих веществ из соседних фракций, а температурная зона перекрытия фракций при этом сужается.

Одним из методов оценки четкости деления фракций является определение разности между температурами кипения 95% нижекипящей фракции и 5% вышекипящей фракции. Разность между этими значениями составляет зону перекрытия между фракциями:

dT = 95% н.ф. – 5% в.ф.

При атмосферной перегонке нефти на традиционных колоннах, применяемых в промышленности, перекрытие между фракциями может доходить до +30…40 о С (см. рис.1).

В приведенном примере конец кипения бензина составляет 203 о С, а начало кипения дизельной фракции – 143 о С. Первые 5% дизельной фракции выкипают при температуре 155 о С, а 95% фракции бензина выкипает при температуре 192 о С. Граница перекрытия между фракциями составляет 192 о – 155 о = +37 о С.
Формально фракции соответствуют предъявляемым требованиям качества. Но фракция бензина содержит в себе много легких компонентов дизельной фракции, а дизельная фракция, в свою очередь, содержит много тяжелых компонентов бензина. Попытка увеличить выход дизельной фракции за счет смещения границы деления вниз по температурной шкале приводит к насыщению дизельной фракции легкими компонентами бензина. А это, в свою очередь, приводит к провалу температуры вспышки дизельной фракции.

Читать еще:  В шкоде рапид нет датчика температуры двигателя

Применение колонны Линас с повышенной четкостью деления фракций позволяет значительно уменьшить зону перекрытия между фракциями и довести ее вплоть до отрицательных значений. При этом резко сжимается диапазон между концом кипения бензиновой фракции и началом кипения дизельной фракции. Это дает возможность перевода части тяжелых бензиновых фракций в дизельную фракцию без ухудшения качества последней. То есть происходит смешение границы деления фракций вниз по температурной шкале, что увеличивает выход дизельной фракции.

Как видно из примера, перекрытие между фракциями бензина и дизельной фракции полностью отсутствует. Конец кипения бензиновой фракции составляет 150 о С, а начало кипения дизельной фракции – 151 о С. Первые 5% дизельной фракции выкипают при температуре 155 о С, а 95% фракции бензина выкипает при температуре 142 о С. Граница перекрытия между фракциями составляет 142 о – 155 о = –13 о С.
Перевод в дизельную фракцию всех компонентов с температурой кипения выше 150 о С позволил увеличить выход дизельной фракции почти на 5-6%.

Повышение четкости деления фракций привело к ранее практически неизвестному феномену в промышленной атмосферной ректификации нефти: температура конца кипения бензиновой фракции может быть ниже температуры начала кипения дизельной фракции. При этом высота колонны Линас составляет всего 11-12 метров, аналогичный результат может дать только традиционная колонна высотой более 50 метров.

На рисунке 3 показана схема четкости деления фракций на колонне Линас при перегонке легкой Верх-Тарской нефти с содержанием светлых фракций около 80%.

С увеличением количества светлых фракций растет нагрузка на колонну, соответственно растет и зона перекрытия между фракциями. Тем не менее, даже в этом случае граница перекрытия крайне мала и имеет отрицательное значение. В приведенном примере конец кипения бензиновой фракции составляет 166 о С, а начало кипения дизельной фракции – 155 о С. Первые 5% дизельной фракции выкипают при температуре 164 о С, а 95% фракции бензина выкипает при температуре 159 о С. Граница перекрытия между фракциями составляет 159 о – 164 о = –5 о С.
Перевод в дизельную фракцию тяжелых компонентов бензиновой фракции с температурой кипения выше 166 о С и сокращение в бензиновой фракции всех компонентов дизельной фракции с температурой кипения ниже 155 о С позволил увеличить выход дизельной фракции более, чем на 10-12%.

В таблице 1 в качестве примера приводятся данные о составе и количестве получаемых продуктов по одному из вариантов работы на трубной Западно-Сибирской нефти. Данные приведены по результатам промышленных испытаний установки НПУ-50 на базовой производительности 6,25 т/час.

Таблица 1
Состав и количество получаемых продуктов при различных режимах работы установки НПУ-50 на трубной Западно-Сибирской нефти с плотностью 837,3 кг/м 3 (один из вариантов работы установки)

При переработке данной нефти использование режима повышенной четкости деления приводит к увеличению выхода дизельной фракции на 5,78% от общей производительности установки при одновременном уменьшении выхода бензиновой фракции. Одновременно снижается температура конца кипения бензиновой фракции. Это позволяет использовать данную фракцию в качестве полноценного сырья для получения высокооктановых бензинов.
Состав и свойства получаемых фракций можно плавно регулировать подбором режимов работы колонны высокой четкости деления.

2. Увеличение глубины отбора светлых фракций из нефтяного сырья.

В 2009 году группа компаний Линас разработала и испытала дополнительную ректификационную секцию, встраиваемую в колонну Линас. Работа дополнительной секции в составе колонны позволяет увеличить глубину отбора светлых продуктов из нефтяного сырья на 5-8% по сравнению с традиционной ректификацией и без применения острого пара. При этом соответственно увеличивается выход дизельной фракции без ухудшения параметра «предельная температура фильтруемости».

Данная секция позволяет более эффективно отсекать высококипящие парафиновые соединения от потока паров светлых фракций, возвращая парафины и тяжелые масла в мазутную фракцию. При этом более тяжелые дизельные фракции беспрепятственно проходят в верхнюю часть колонны. Это позволяет увеличить глубину отбора светлых фракций из мазутного остатка без ухудшения температур помутнения и фильтруемости дизельной фракции. Очень важно отметить, что высокая эффективность работы дополнительной ректификационной секции обусловлена именно низким гидравлическим сопротивлением колонны Линас. В сочетании с традиционными видами колонн такого эффекта невозможно добиться даже при использовании острого водяного пара.

Читать еще:  406 двигатель газель с карбюратором уменьшить расход топлива

Испытания проводились на различных видах Западно-Сибирской нефти с плотностью от 790 кг/м 3 до 860 кг/м 3 . В качестве примера в таблице 2 представлены сравнительные результаты работы на Западно-Сибирской трубной нефти плотностью 839,1 кг/м 3 в режиме получения летней дизельной фракции по одному из вариантов работы промышленной установки.

Таблица 2
Сравнительные данные по работе колонны Линас в различной комплектации при переработке трубной Западно-Сибирской нефти с плотностью 839,1 кг/м 3 (один из вариантов работы установки)

От колонны к колонне

Ректификационная колонна — вертикальный цилиндр, внутри которого расположены специальные перегородки (тарелки или насадки). Пары нагретой нефти подаются в колонну и поднимаются вверх. Чем более легкие фракции испаряются, тем выше они поднимутся в колонне. Каждую тарелку, расположенную на определенной высоте, можно рассматривать как своего рода фильтр — в прошедших ее парах остается все меньшее количество тяжелых углеводородов. Часть паров, конденсировавшихся на определенной тарелке или не достигнув ее, стекает вниз. Эта жидкость, носящая название флегмы, встречается с поднимающимся паром, происходит теплообмен, в результате которого низкокипящие составляющие флегмы снова превращаются в пар и поднимаются вверх, а высококипящие составляющие пара конденсируются и стекают вниз с оставшейся флегмой. Таким образом удается достичь более точного разделения фракций. Чем выше ректификационная колонна и чем больше в ней тарелок, тем более узкие фракции можно получить. На современных НПЗ высота колонн превышает 50 м.

Простейшую атмосферную перегонку нефти можно провести путем обычного нагревания жидкости и дальнейшей конденсации паров. Весь отбор здесь заключается в том, что собирается конденсат паров, образовавшихся в разных интервалах температуры кипения: сначала выкипают и затем конденсируются легкие низкокипящие фракции, а затем средние и тяжелые высококипящие фракции углеводородов. Конечно, при таком способе говорить о разделении на узкие фракции не приходится, так как часть высококипящих фракций переходит в дистиллят, а часть низкокипящих не успевает испариться в своем температурном диапазоне. Чтобы получить более узкие фракции, применяют перегонку с ректификацией, для чего строят ректификационные колонны

50
метров и больше может достигать высота ректификационных колонн на современных нпз

Отдельные фракции могут подвергаться и повторной атмосферной перегонке для разделения на более однородные компоненты. Так, из бензинов широкого фракционного состава получают бензольную, толуольную и ксилольную фракции — сырье для получения индивидуальных ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилола). Повторной перегонке и дополнительному разделению могут подвергать и дизельную фракцию.

Перегонка нефти на современных атмосферных установках может осуществляться как однократное испарение в одной ректификационной колонне, двукратное испарение в двух последовательно расположенных колоннах или перегонка с предварительным испарением легких фракций в колонне предварительного испарения.

Перегонка нефти на современных атмосферных установках и на атмосферных секциях комбинированных установок может осуществляться разными способами: как однократное испарение в одной ректификационной колонне, двукратное испарение в двух последовательно расположенных колоннах или перегонка с предварительным испарением легких фракций в колонне предварительного испарения. Также ректификационные колонны могут быть вакуумными, где конденсация паров происходит при минимальном давлении.

Фракции, кипящие при температуре свыше 360°C, при атмосферной перегонке (перегонке при атмосферном давлении) не отделяются, так как при более высокой температуре начинается их термическое разложение (крекинг): крупные молекулы распадаются на более мелкие и состав сырья меняется. Чтобы этого избежать, остаток атмосферной дистилляции (мазут) подвергают перегонке в вакуумной колонне. Так как в вакууме любая жидкость кипит при более низкой температуре, это позволяет разделить и более тяжелые составляющие. На этом этапе выделяются фракции смазочных масел, сырье для термического или каталитического крекинга, гудрон.

В ходе первичной переработки получают разные виды сырья, которые затем будут подвергаться химическим преобразованиям в рамках вторичных процессов. У них уже привычные названия — бензин, керосин, дизель, — но они еще не соответствуют требованиям к товарным нефтепродуктам. Их дальнейшая трансформация необходима, чтобы улучшить потребительские качества, очистить, создать продукты с заданными характеристиками и повысить глубину переработки нефти.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector