Перегонка природного сырья – нефти в авиатопливо

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

 

 

Кафедра авиатопливообеспечения и ремонта ЛА

Коняев Е.А.,Грядунов К.И.

 

 

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

АВИАЦИОННЫХ ГОРЮЧЕ-СМАЗОЧНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

 

 

Учебное пособие

для подготовки магистров

по специальности 250401

 

 

Москва-2016

 

 

АННОТАЦИЯ

В пособии изложены основные положения теории и практики в изучении состава, методов получения, физико-химических и эксплуатационных свойств авиационных горюче-смазочных материалов.

Основное внимание уделено авиатопливам для самолетов и вертолетов с газотурбинными двигателями.

Существенный раздел пособия посвящен изучению эксплуатационных свойств авиационных масел и смазок, включая минеральные, синтетические масла и пластичные смазки.

В заключительной части представлены краткие сведения по гидравлическим и противообледенительным жидкостям, достаточные для грамотной их эксплуатации при техническом обслуживании ВС.

 

Содержание

Содержание. 3

Введение. 5

1. Авиационные топлива. 5

1.1. Краткая характеристика состава АТ. 5

Анализ состава основной дисперсионной среды.. 6

1.1.1. Парафины.. 6

1.1.2. Циклопарафины (цикланы) 7

1.1.3. Ароматические углеводороды (арены) 8

1.2. Растворимые примеси. 10

1.2.1. Кислород – содержащие примеси. 11

1.2.2. Серу- и азот- содержащие примеси. 11

2. Перегонка природного сырья – нефти в авиатопливо. 12

2.1. Прямая перегонка нефти. 12

2.2. Деструктивная переработка нефти и нефтепродуктов (крекинг) 14

2.3. Методы очистки топлив. 15

3. Эксплуатационные свойства авиационных топлив. 16

3.1. Теплота сгорания. 16

3.2. Испаряемость топлива. 19

3.3. Стабильность авиатоплив. 22

3.4. Коррозионные свойства топлив. 24

3.5. Низкотемпературные свойства. 27

3.6. Растворимость воды в топливах. 28

3.7. Загрязнение авиационных топлив. 29

3.8. Нагарообразующие свойства топлив. 30

3.9. Электризация топлив. 31

3.10. Топлива для газотурбинных двигателей гражданской авиации. 31

3.11. Биотопливо. 36

3.12. Эксплуатационные свойства присадок к топливам. 40

4. Авиационные масла. Смазки. 41

4.1. Назначение; классификация смазочных материалов. 41

4.2. Основные сведения о производстве и свойствах минеральных (нефтяных) и синтетических масел. 42

4.2.1. Получение основ нефтяных масел. 43

4.2.2. Химический состав минеральных масел. 47

4.3. Синтетические базовые масла. 49

4.3.1. Кремнийорганические соединения. 51

4.4. Характеристика основных видов трения. 52

4.4. Минеральные масла для авиационных двигателей. 54

4.4.1. Масла для авиационных поршневых двигателей. 54

4.4.2. Масла для турбореактивных двигателей. 55

4.4.3. Масла для турбовинтовых двигателей. 56

4.5. Нормирование эксплуатационных свойств и показателей качества смазочных масел 57

4.5.1. Вязкостные свойства масел. 57

4.5.2. Смазочные свойства. 60

4.5.3. Коррозионная стабильность масел. 61

4.5.4. Стабильность масел. 62

4.6. Синтетические масла. 64

4.6.1. Ассортимент синтетических масел и их зарубежные аналоги. 64

4.7. Пластичные смазки. 67

4.7.1. Назначение, состав и структура пластичных смазок. 67

4.7.2. Классификация пластичных смазок и требования к ним. 69

4.7.3. Эксплуатационные свойства и показатели качества пластичных смазок…………………... 70

4.7.1.1. Пластические свойства смазок. 70

4.7.4. Стабильность смазок. 71

4.7.5. Ассортимент и краткая характеристика пластичных смазок. 72

4.7.6. Консервационные масла и смазки. 74

5. Гидравлические жидкости. 75

6. Антиобледенительные жидкости. 78

Литература. 80

 

Введение

Данный курс предусматривает изучение состава, физико-химических и эксплуатационных свойств авиационных топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей, которые в совокупности принято называть единым термином “горюче-смазочные материалы” (ГСМ).

От качества ГСМ зависит надежность и экономичность работы двигателей и систем летательных аппаратов (ЛА).

Работники инженерно-авиационной службы (ИАС) несут непосредственную ответственность за проверку соответствия качества ГСМ требованиям нормативной документации, подготовку баков воздушных судов к приему авиа ГСМ (слив и контроль отстоя).

Для успешной работы авиационному инженеру-механику необходимо иметь четкие представления о процессах, происходящих в топливах, маслах, смазках, спецжидкостях при их хранении, транспортировке, заправке соответствующих систем ЛА, а также в процессе эксплуатации их узлов и агрегатов.

Необходимо четко помнить, что качество ГСМ и их грамотная эксплуатация являются одним из главных составляющих обеспечения безопасности полетов.

 

Авиационные топлива

Основное сырье для получения авиатоплив (АТ) – нефть.

 

1.1. Краткая характеристика состава АТ

АТ характеризуются элементарным и фазовым составом. Средний элементарный состав АТ представлен в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Элементарный состав АТ, (% масс)

Углерод, С	Водород, H	Кислород, O	Азот, N	Сера, S
80…87	12…16	0,1…0,3	0,03…0,7	0,001…0,01

Указанные элементы представлены в топливе в виде химических соединений органической и неорганической природы.

По фазовому составу АТ представляют собой гетерогенную коллоидную систему, состоящую из основной дисперсионной среды и дисперсных фаз.

Основная (жидкая) дисперсионная среда представляет собой смесь взаиморастворимых углеводородов различного состава и строения, а также органических соединений, содержащих серу, кислород, азот.

К дисперсным фазам относятся:

- твердая - твердые частицы различной природы (микрозагрязнения):пыль,почва,продукты износа и коррозии технологического оборудования,кристаллы льда;

- жидкая – микрокапли воды, образующие эмульсию воды в топливе;

- газовая – пузырьки газов, выделяющиеся по всему объему топлива при повышении температуры или понижении давления;

- биофаза – более 100 видов микроорганизмов и грибов.

 

Анализ состава основной дисперсионной среды

В данном подразделе рассмотрим основные свойства углеводородов и растворимых примесей, входящих в состав основной среды.

Групповой состав углеводородов, входящих в АТ, представляют:

а) парафины (алканы);

б) циклопарафины (цикланы);

в) ароматические углеводороды (арены).

 

1.1.1.Парафины

Парафинами называются углеводороды с открытой углеродной цепью, в молекулах которых атомы углерода всегда 4-х валентны, связаны между собой одинарной ковалентной связью, а остальные валентности каждого атома насыщены атомами водорода. Парафины составляют гомологический ряд метана и имеют общую формулу CnH2n+2: CH4– метан; C2H6 – этан; С3H8 – пропан; С4H10 – бутан; С5H12– пентан и т. д.

Различают парафины нормального строения и изомеры (изопарафины). Изомеры – углеводороды одинакового химического состава, но различного строения.

Первый изомер появляется у бутана:

 

CH3 – CH2 – CH2 – CH3

 

H. – бутан изобутан

У пентана появляется уже 2 изомера:

CH3– CH2 – CH2– CH2– CH3

Н. – пентан изопентан

тетраметилметан

По мере перехода к высшим членам ряда число изомеров быстро возрастает.

Парафины в большом количестве содержатся в нефти и в природном газе. Твердые парафины являются составной частью битумов, асфальтов, озокерита (горного воска).

При нормальных атмосферных условиях (tн= 20 ºC, pн= 760 мм рт. ст.) первые четыре члена парафинового ряда представляют собой газы (метан, этан, пропан, бутан); члены ряда с 5-го по 15-й – жидкости, с 16-го и выше – твердые вещества.

Краткая характеристика физических свойств парафинов представлена в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Физические свойства парафинов

Название	Химическая формула	Температура, ºC	Плотность, г/см3 при температуре 0С)
плавления	кипения
метан	CH4	-182,5	-161,6	0,416 (-161,6 ºC)
этан	C2H6	-183,3	-88,6	0,546 (-88,6 ºC)
пропан	C3H8	-187,6	-42,1	0,582 (-42,1ºC)
Н. – бутан изобутан	C4H10 – || –	-138,3 -159,6	-0,5 -11,7	0,579 (-0,5ºC) 0,559 (-11.7 ºC)
Н. – пентан изопентан	C5H12 – || –	-129,8 -159,9	+36,0 +27,9	0,626 (+20ºC) 0.620 (+20ºC)
Н. – гексан	C6H14	-95,3	+68,7	0,659 (+20ºC)
Н. – гептан	C7H16	-90,6	+98,5	0,684 (+20ºC)
Н. – октан	C8H18	-56,8	+125,7	0,703 (+20ºC)

Из анализа физических свойств парафинов следует:

- чем выше номер парафина, тем выше его плотность и температура кипения;

- изомеризация парафиновснижаеттемпературу плавления и кипения.

По химическим свойствам парафины характеризуются высокой стабильностью: при обычной температуре не окисляются и не реагируют с концентрированной серной кислотой, щелочами в водном растворе; не растворимы в воде.

1.1.2.Циклопарафины (цикланы)

Цикланы состоят из циклов, построенных из метиленовых групп (-СН₂).

Общая формула циклоалканов С_nН_2n. Циклоалканы, содержащие пяти- и шестичленные циклы (циклопентан, циклогексан и их гомологи), составляют основную массу некоторых сортов нефти (например, Бакинской).

Первые два члена циклоалканов (циклопропан и циклобутан) – газы, средние цикланы (до С₁₅) - жидкости, высшие (с С₁₆) – твердые вещества (таблица 1.3).

Циклоалканы в химическом отношении очень похожи на парафины. Они сравнительно малоактивны и склонны к реакциям замещения.

Таблица 1.3

Физические свойства цикланов

Название	Хим. ф-ла	Температура, °С	Плотность, г/см3 (в жидк. сост.)
Плавления	Кипения
Циклопропан	С3Н6	-128	-33	0,720
Циклобутан	С4Н8	-90	+13	0,704
Циклопентан	С5Н10	-93	+50	0,745
Циклогексан	С6Н12	+7,0	+81	0,779
Циклогептан	С7Н14	-8,0	+119	0,811
Циклооктан	С8Н16	+15	+151	0,836

Алкилированиециклопарафинов существенно понижает температуру их плавления и повышает температуру кипения (табл. 1.4).

Таблица 1.4

Температуры фазовых переходов цикланов

Название	Химическая ф-ла	Структурная ф-ла	Температура,°С
Плавления	Кипения
Циклопентан	С5Н10		-93	+50
Метилцикло- пентан	С5Н9-СН3		-143	+72
Диметилцикло-пентан	С5Н8-СН3-СН3		-143	+105
Метилцикло- гексан	С6Н11-СН3		-127	+101

 

1.1.3. Ароматические углеводороды (арены)

Арены – это производные бензола, имеющие общую химическую формулу С_nH_2n-6 и содержащие устойчивую циклическую группировку (бензольное кольцо).

Основные методы получения аренов – сухая перегонка каменного угля (коксование) и нефтепереработка. Некоторые сорта нефти содержат до 60% ароматических углеводородов, которые выделяют простой перегонкой или каталитическим крекингом.

Родоначальником обширного ряда аренов является бензол С₆Н₆. Строение молекулы бензола обычно представляют циклической структурой, предложенной немецким химиком Кекуле (1865):

Физические свойства

Низшие члены гомологического ряда бензола – бесцветные жидкости, нерастворимые в воде, но хорошо – во многих органических растворителях. Горят ярким коптящим пламенем. С повышением молекулярной массы увеличивается температура кипения иснижается температураплавления (см. табл. 1.5).

Таблица 1.5

Основные физические свойства низших аренов.

Название	Химическая ф-ла и строение	Температура, °С	Плотность, г/см3
Плавления	Кипения
Бензол	С6Н6	+5,5	+80,1	0,879
Метилбензол (толуол	С6Н5(СН3)	-95	+110,6	0,867
Диметилбензол (ксилол) орто-ксилол	С6Н5(СН3)2	-25,2	+144,4	0,88
Мета-ксилол		-47,8	+139,1	0,864
Пара-ксилол		+13,2	+138,3	0,861
этилбензол	С6Н5(С2Н5)	-95	+136	0,867

 

Химические свойства

Из химических свойств аренов следует особенно отметить реакции замещения, а также некоторые реакции присоединения, протекающие в особых условиях, и реакции окисления. Однако при химических реакциях бензольное кольцо не разрушается.

Примеры реакций приведены ниже.

Реакция замещения (взаимодействие с кислотами):

Реакция присоединения. Эти реакции не характерны для бензола и протекают только в особых условиях (высокая температура, облучение УФО, катализатор). Например, в присутствии катализатора (платина, никель или палладий) бензол вступает в реакцию гидрирования с образованием циклогексана:

Реакции окисления

Бензол очень устойчив к действию окислителей. В то же время гомологи бензола окисляются легко. При этом окислению подвергается боковая цепь; вместо неё образуется карбоксильная группа:

На воздухе бензол горит коптящим пламенем 2С₆Н₆ + 3О₂ ® 12С + 6Н₂О

В связи с низким отношением (Н/С) содержание аренов в авиационных топливах ограничено 20…25%.

 

1.2. Растворимые примеси

Как было отмечено выше основная дисперсионная среда помимо взаиморастворимых углеводородов содержит растворимые примеси, к которым относят О–, S–, N– содержащие органические соединения и непредельные углеводороды.

 

 

1.2.1. Кислород – содержащие примеси

К ним относят спирты, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты.

Спирты (алкоголи).

Алкоголь – углеводород, в котором атом водорода замещён на гидроксил (-ОН).

По числу гидроксилов спирты подразделяются на:

- одноатомные (R-ОН);

- двухатомные (ОН-R-ОН) – гликоли;

- трехатомные – глицерин.

Спирты взаимодействуют с металлами, образуя алкоголята:

2С₂Н₅ОН + 2Na® 2С₂Н₅ОNa + Н₂

алкоголят натрия

Алкоголята – твердые, неустойчивые вещества, легко подвергающиеся гидролизу. Они образуются и при действии таких металлов, как магний, алюминий, цинк, и являются одной из причин забивки топливных фильтров авиадвигателей.

Предельные спирты легко окисляются. Основная причина этому – гидроксильная группа. При окислении первичных спиртов образуются альдегиды, а при окислении вторичных – кетоны:

Альдегиды и кетоны окисляются до органических кислот.

Таким образом, конечным результатом содержания кислород- содержащих примесей в авиационном топливе является повышение содержания органических кислот и нерастворимых примесей.

 

1.2.2. Серу- и азот- содержащие примеси

Непредельные углеводороды

Из серу- содержащих веществ в нефти находятся меркаптаны. Меркаптаны и тиоэфиры – производные сероводорода, в молекуле которого один или оба атома водорода замещены углеводородными радикалами:

 

H – S - HR – S – HR₁ – S – R₂

сероводород меркаптан тиоэфир

Кроме меркаптанов в нефти присутствуют сульфиды, для которых характерна функциональная группа – S - (сульфидная, тиоэфирная).

Могут присутствовать также дисульфиды и полисульфиды, в молекулах которых содержатся два и более атомов серы:

R – S – S – R¹ - дисульфид,R – S – S – S – S – R¹ - тетрасульфид.

Из азот- содержащих соединений в нефти находятся, главным образом, алкилированные пиридины и хинолины.

Вредное влияние серу- и азот- содержащих соединений связано с тем, что они являются коррозионными агентами, а также инициаторами окисления и смолообразования в топливах (см.раздел 3.4.).

Непредельные углеводороды (олефины) – это углеводороды, в молекулах которых атомы углерода связаны между собой одной или несколькими двойными связями. Например: CH₂ = СН₂ – этилен.

Гомологический ряд олефинов представлен формулой C_nH_2n.

Олефины загрязняют авиатоплива в процессе их получения из нефти. Они исключительно реакционно-способны за счет наличия в молекулах двойной связи. Характерны реакции присоединения других атомов или групп в результате разрываслабойπ- связи.

Олефины являются инициаторами окисления топлив, образования смол, нерастворимых осадков и нагара. По этой причине они удаляются из топлив в процессе его кислотной очистки.

Качественная реакция на присутствие непредельных углеводородов – обесцвечивание бромной воды. Количественно остаточное содержание олефинов в топливе оценивается йодным числом.

 

Авиационные масла. Смазки

4.1. Назначение; классификация смазочных материалов

Основное назначение смазки любого механизма – уменьшение износа трущихся деталей и снижение мощности, затрачиваемой на трение.

Кроме того, смазочные материалы выполняют такие важные функции, как:

- отвод тепла, вызванного внутренним (из-за трения) и внешним нагревом деталей машин; - предохранение деталей от коррозии;

- вынос продуктов изнашивания из пространства между трущимися поверхностями.

В зависимости от агрегатного состояния смазочные материалы подразделяются на твердые, пластичные (консистентные) и жидкие.

К твердым смазкам относят графит, дисульфид молибдена МоS₂, слюда, тальк и др. Эти смазки находят как самостоятельное применение, так и в качестве присадок к маслам и пластичным смазкам.

Консистентные или пластичные смазки в обычных условиях (при комнатной температуре и в отсутствие внешних механических воздействий) ведут себя как твердые вещества: сохраняют форму, удерживаются на вертикальных поверхностях, не вытекают из узлов трения.

В то же время под воздействием нагрузок, превышающих предел их прочности, смазки начинают течь, выполняя заданные смазочные функции. При снятии нагрузок, смазки вновь становятся пластичными.

Жидкие масла – наиболее распространенный класс смазочных материалов, используемых в самих разнообразных узлах трения.

В зависимости от назначения смазочные материалы подразделяются на:

- моторные масла, предназначенные для смазки поршневых двигателей;

- масла для смазки газотурбинных, турбовинтовых и турбореактивных двигателей;

- турбинные масла - для смазки и охлаждения подшипников турбо агрегатов (гидротурбин, турбонасосных агрегатов и т.п.);

- компрессорные масла – для смазки и уплотнения деталей поршневых компрессоров;

- трансмиссионные масла – для смазки зубчатых передач трансмиссий различного назначения;

- гидравлические масла, представляющие собой несжимаемые рабочие жидкости и служащие для передачи энергии в гидросистемах и смазки узлов трения;

- консервационные масла – для защиты от коррозии трущихся деталей при длительном хранении;

- уплотнительные масла и смазки – для герметизации узлов трения.

По роду исходного сырья смазочные материалы (масла) подразделяются на: - минеральные (нефтяные); - растительные; -животные; - синтетические.

 

4.2. Основные сведения о производстве и свойствах минеральных (нефтяных) и синтетических масел

Основным сырьём для производства минеральных масел служат мазуты - остатки от прямой перегонки нефти. производители масел разрабатывают схемы и рецептуры их производства, включающие следующие процессы:

- производство базовых масел из нефтяного сырья или синтетические основы;

- производство функциональных присадок, обеспечивающих основные требования по эксплуатации масел и создание оптимальных пакетов присадок, обладающих наилучшими характеристиками при их смешении со специально подобранными базовыми маслами:

- производства по смешению (блендингу) базовых масел с пакетами присадок, предназначенных для выпуска основного ассортимента товарной продукции, соответствующей требованиям нормативных документов (ГОСТов, ТУ, спецификаций) и допущенных к применению в конкретных типах двигателях, агрегатах и приборах.

 

4.2.1.Получение основ нефтяных масел

Базовые масла обычных технологий получают из одного или смеси нескольких минеральных компонентов (дистиллятных, остаточных), прошедших обработку по классической схеме: селективная очистка или экстракция растворителями – депарафинизация растворителями – очистка адсорбентами. Использование обычных технологий позволяет получить базовые масла со свойствами, достаточными для производства на их основе моторных масел начального уровня качества. В зависимости от химического состава используемой в качестве сырья нефти, различают два типа базовых масел обычных технологий – парафиновые и нафтеновые.

Исходным сырьем для получения базовых масел служат мазуты (остатки от прямой перегонки нефти). Основным способом переработки мазута по масляной схеме является фракционная перегонка. При этом из более легкокипящих фракций мазута получают дистиллятные базовые масла (БМ).

После отгона из мазута масляных дистиллятов, в остатке получают гудрон или, при менее глубоком отборе - полугудрон. Гудроны и полугудроны используют для получения высоковязких, так называемых остаточных БМ.

Мазуты выкипают в широком интервале температур, причем температура кипения при атмосферном давлении большинства масляных фракций лежит выше температуры их разложения (крекинга). Поэтому фракционную перегонку мазута проводят при пониженном давлении в присутствии водяного пара.

На рис 4.1. показана схема вакуумной установки. Мазут сырьевым насосом прокачивается через теплообменники 9 и 11, нагревается в них за счет тепла отходящих дистиллятов и гудрона и затем прокачивается через трубчатую печь 4, откуда с температурой 420°С попадает в ректификационную колонну 3. Колонна представляет собой высокий стальной цилиндр с теплоизоляцией, которые изнутри оборудованы специальные горизонтальные перегородки (так называемые тарелки) с отверстиями, а иногда, особой конструкции колпачки, обеспечивающие многократный контакт жидкости и пара в противотоке перемещающимися по длине колонны. Схема работы ректификационной тарельчатой колонны была приведена на рис 2.1 в главе 2.1.

За счет этих многократных контактов обеспечивается оптимальное фракционирование смеси, позволяющее выделить из нее на определенных уровнях по высоте колонны узких фракций нефтепродуктов с заранее известными свойствами. Здесь мазут разделяется на отдельные фракции, масляные дистилляты с различной вязкостью.

Рис 4.1. Схема вакуумной установки

1-эжектор; 2- барометрический конденсатор; 3 – ректификационная колонна; 4 – печь; 5 – вентилятор; 6 – дымовая труба; 7 – подогреватель воздуха; 8 – сырьевой насос; 9 – дистиллятные теплообменники; 10 – холодильник; 11 – мазутные теплообменники; 12 – насос; 13 – колодец

С низа колонны отбирают полугудрон и гудрон. В вакуумных трубчатых установках мазут нагревается без разложения до 425°С. Это достигается за счет непродолжительного пребывания мазута в трубчатых печах и вакуума 250-350 ммрт.ст.

С повышением температуры нагревания и испарения мазута (в условиях, исключающих возможность его разложения) увеличивается глубина отбора из него масляных дистиллятов, особенно за счет вязких углеводородов.

Полученные путем перегонки мазута масляные дистилляты и остатки состоят из смеси углеводородов различных классов и содержат сернистые соединения. К их числу относятся асфальто-смолистые вещества, нафтеновые кислоты, ароматические углеводороды и др.

Масляные дистилляты и остатки являются полупродуктами для получения товарных БМ. Чтобы получить готовые масла, необходимо освободить их от вредных примесей. Наиболее просты способом очистки масляных дистиллятов является выщелачивание, т.е. обработка растворами щелочей для удаления кислых соединений.

Лучшие результаты дает кислотно-щелочная очистка, которая заключается в обработке масляного полупродукта концентрированной серной кислотой (96-98%), а затем щелочью. При этом происходит отделение асфальто-смолистых веществ, части нафтеновых кислот и тяжелых полиароматических углеводородов, склонных к сульфированию, которые при высокой температуре вступают в реакцию с серной кислотой и удаляются из масла. Затем эти полупродукты обрабатываются натриевой щелочью, которая нейтрализует органические кислоты и остатки серной кислоты. Для удаления остатка щелочи и солей часто используют сушку масла горячим воздухом. Кислотно-щелочным способом многие годы проводилась очистка дистиллятных масел.

Наряду с кислотной очисткой при получении вязких остаточных БМ, широко использовалась очистка с применением мелкоразмолотой белой глины. При контакте с горячим маслом глина адсорбирует на своей поверхности асфальто-смолистые вещества, остатки серной кислоты и кислого гудрона. После этого глину отделяют с помощью фильтров. Очистка масла с обработкой серной кислотой и отбеливающей глиной путем контактного фильтрования носит название кислотно-контактной очистки. Однако сегодня, по соображениям экологической безопасности, от этого способа очистки БМ практически полностью отказались.

При переработке мазутов, содержащих значительное количество полициклических ароматических углеводородов с большим количеством бензольных колец и короткими алифатическими цепями в молекулах, легко окисляющихся и ухудшающих вязкостно-температурные характеристики товарных масел, описанные выше способы очистки оказываются недостаточными. Поэтому с ростом потребления БМ и необходимостью перерабатывать мазуты не только отборных масляных нефтей, ресурсы которых в последнее время исчерпались, но и менее качественных. Получила распространение селективная очистка, т.е. очистка с применением селективных (избирательных) растворителей. Этот метод очистки основан на подборе растворителей, обладающих при определенной температуре и соотношении количества растворителя и очищаемого масла разной растворяющей способностью к нежелательным и полезным компонентам БМ.

При отстаивании смеси БМ с растворителем, она расслаивается на рафинатный слой, состоящий из масла, из которого удалены нежелательные компоненты (рафинат), и экстрактного слоя, представляющего собой раствор удаленных из масла компонентов (экстракта) в растворителе.

После селективной очистки, а иногда также и перед ней производят дополнительную контактную очистку масла. В качестве селективных растворителей долгие годы использовали фурфурол, фенол, нитробензол.

Фурфурол (С₅Н₄О₂) – бесцветная жидкость с приятным запахом хлеба; ядовит; плотность при 25°С – 1,155 г/см³, температура кипения 161,7°С.

Он обладает хорошей селективностью, но ограниченной растворяющей способностью, вследствие чего его применяют в относительно большом количестве (до 150 – 400%) к очищаемому маслу.

Фенол (С₆Н₅ОН) - бесцветное кристаллическое вещество, с температурой плавления 40,9°С и температурой кипения 181,75°С. Плотность фенола при 41°С – 1,05 г/см³. Фенол имеет характерный запах, обладает несколько меньшей селективностью, чем фурфурол, но хорошей растворяющей способностью. При фенольной очистке значительно (на 30-50%) снижается содержание серы в масле.

Нитробензол - С₆Н₅NO₂ имеет следующую структурную формулу:

NO₂

Нитробензол принадлежит к числу эффективных селективных растворителей. Отличается высокой токсичностью. Температура кипения 211°С, температура плавления 5,76°С, плотность при 15°С - 1,2 г/см³.

Для получения высококачественных вязких светлых остаточных масел применяют селективную очистку парными растворителями, из которых один селективно растворяет компоненты, подлежащие удалению, а другой - полезные компоненты масла.

Таким способом обеспечивается очень четкая хорошая очистка. В качестве растворителей при этом применяют технический крезол. представляющий смесь о-крезола с п-крезолом

Используется, в частности, смесь крезолов с 30-50% фенола и технического пропана (С₃Н₈). Процесс проводят при повышенном давлении (до 2,0 мПа). Рафинат дочищают отбеливающей глиной.

В последние годы получил широкое распространение новый процесс селективной очистки БМ с применением в качестве селективного реагента N-метилпирролидон. Он обладает большой растворяющей способностью к ароматическим углеводородам, но недостаточно селективен. При смешении его с другими специально подобранными растворителями, имеющими близкую температуру кипения, можно получить смесь, обладающую, наряду с хорошей растворяющей способностью, высокой селективностью. В качестве второго такого растворителя в промышленности используют этиленгликоль.

N-метилпирролидон: температура плавления -24°С, температура кипения 202°С; плотность при 20°С 0,8089 г/см³,смешивается с водой и органическими растворителями. Основным преимуществом его применения в качестве селективного растворителя – малая токсичность и отсутствие экологически вредных побочных продуктов процесса. В настоящее время все новые технологические установки получения БМ строятся и эксплуатируются преимущественно с применением последнего в качестве селективного растворителя.

При производстве БМ из минерального сырья по новейшим технологиям применяют метод гидроочистки. Процессы гидропереработки могут заменить частично или полностью классические методы обработки нефтяного сырья. Минеральные компоненты, получаемые при использовании этих процессов называются гидропроцессингами. Качество гидропроцессинговых БМ зависит от совершенства и глубины процессов нефтепереработки. На этом основании следует различать гидроочищенные и гидрокрекинговые БМ.

Гидроочистка - каталитический метод очистки вакуумного газойля. Процесс гидроочистки применяют при облагораживании компонентов смазочных масел типа VHVI базовых масел с повышенным индексом вязкости (базовые масла второй группы) и парафинов с целью снижения содержания серы. Гидроочистка проводится при температуре 380-420°С и давлении водорода 2,5–4,0 мПа в присутствии алюмокобальт-молибденовых (АКМ) или алюмоникельмолибденовых (АНМ) катализаторов. При этом гидрируются непредельные соединения в предельные, а соединения, содержащие кислород и серу, - в воду и сероводород. В этом процессе при использовании специальных катализаторов достигается высокая степень гидрирования ароматических соединений и изомеризация н-парафинов в изопарафины.

Каталитический гидрокрекинг и последующая гидроизомеризация являются наиболее сложными гидрогенизационными процессами, позволяющими получить гидрокрекинговые БМ, приближающиеся по своим свойствам к синтетическим. По этой причине некоторые производители называют такие масла гидросинтетическими.

4.2.2.Химический состав минеральных масел

В масляных дистиллятах содержатся парафиновые углеводороды нормального и изостроения (C_nH_2n+2), нафтеновые углеводороды, содержащие пяти- и шестичленные циклы с парафиновыми боковыми цепями разной длины, ароматические углеводороды (поли- и моно-циклические), а также нафтеноароматические (с парафиновыми боковыми цепями), смолисто-асфальтеновые вещества, серу-, азот- и кислородсодержащие органические соединения. По сравнению с другими углеводородами парафиновые углеводороды имеют наименьшую вязкость, наиболее пологую вязкостно-температурную характеристику и наибольший индекс вязкости.

Нафтеновые и изопарафиновые углеводороды являются основой нефтяных масел и их содержание, в зависимости от характера нефти и температурных пределов выкипания нефтяных масляных фракций, составляет от 50 до75% массы масла. От структурных особенностей нафтеновых углеводородов зависят их физико-химические свойства и ряд эксплуатационных свойств: так, чем больше колец в молекуле, тем вышеих температура кипения; чем больше атомов углерода в боковых цепях, тем выше вязкость и индекс вязкости. При одном и том же числе атомов углерода в боковой цепи, с увеличением степени разветвлённости цепи, температура застывания масла понижается,

От содержания СН- групп в боковых цепяхи их положения зависит стабильность нафтеновых углеводородов против окисления молекулярным кислородом.

Ароматические и нафтеноароматические углеводороды присутствуют в легких масляных фракциях (350-400⁰С) в виде гомологов бензола и нафталина, в более тяжелых фракциях (400-450⁰С) содержатся моно-, би- и даже трициклические ароматические соединения.

Сероорганические соединения В высококипящих фракциях нефти, идущих на производство масел, скапливается 60-70% сероорганических соединений от содержащих в исходной нефти. Сероорганические соединения тяжелых фракций нефти принадлежат в основном к сульфидам, в том числе к производным тиофенам, сконденсированным с ароматическим или нафтеновым циклами.

В процессе производства значительная часть сероорганических соединений извлекается, однако, некоторое количествоих присутствует в маслах, изготовленных из малосернистых нефтей (0,16%).

В маслах из сернистых нефтей этих соединений содержится в 10 - 15 раз больше и составляет 0,5 - 1,5%, что при учёте молекулярной. массы масел соответствует 10 – 15% сероорганических соединений.

Таким образом, в маслах, получаемыхиз сернистых нефтей, производные серы, наряду с парафинонафтеновыми и нафтеноароматическими соединениями, являются основными компонентами.

В зависимости от состава серосодержащие соединения больше или меньше влияют на противоизносные, противозадирные свойства и на стабильность при окислении, в связи с чем, присутствие этих соединений явл