- Обоснование и разработка технико-эксплуатационных требований к новым видам топлив для всех типов судовых дизельных двигателей
- Изучение физико-химических свойств и углеводородного состава предполагаемых компонентов судовых топлив
- Качественная характеристика тяжелых нефтяных остатков различных технологических процессов
- Исследование физико-химических свойств и группового углеводородного состава легких и тяжелых дистиллятов прямой перегонки нефти и вторичных процессов
- Разработка технических условий на топливо судовое высоковязкое для среднеоборотных и малооборотных дизелей
- Исследование и разработка компонентного состава судового высоковязкого топлива в соответствии с требованиями ТУ 38.1011113-90
- Исследование свойств и подбор компонентного состава судового высоковязкого топлива с использованием вторичных продуктов деструктивных процессов
- Исследование и разработка компонентного состава судового высоковязкого топлива на базе сернистых и высокосернистых остатков прямой перегонки и деасфальтизации
Разработка новой технологии производства судового топлива проводилась с целью более рационального использования топливно-энергетических ресурсов в условиях острой нехватки нефти, унификации и сокращения номенклатуры используемого топлива на водном транспорте , необходимость организации производства современных видов топлива, производимых по передовой технологии, обеспечивающей увеличение глубины переработки нефти.
Несоответствие между ростом добычи нефти и растущим спросом на моторное топливо, а также перспективами развития и практикой эксплуатации судовых дизельных установок привело к изменению структуры производства нефтяного топлива в последние десятилетия. В их составе стали широко использоваться продукты крекинга, коксования и других вторичных процессов, отличающиеся от продуктов прямой перегонки нефти по своему углеродному составу повышенным содержанием непредельных и ароматических углеводородов в дистиллятных фракциях и асфальтенов и смол в остатка, а по физико-химическим свойствам — более высокая плотность, вязкость, коксоемкость и температура застывания, содержание серы и ванадия, более низкое цетановое число.
Серьезные изменения произошли и в структуре потребления топлива. Дальнейшее совершенствование конструкции судовых дизелей, появление новых масел с высокоэффективными присадками позволило использовать в быстроходных дизелях (ВДД) дистиллятное топливо утяжеленного фракционного состава, а в среднеоборотных — мазутное топливо. (СОД) и тихоходных (МОД) дизелей (табл. 1).
Таблица 1. Качество остаточного топлива по международным и российским стандартам | |||||
---|---|---|---|---|---|
Имя индикатор | Газотурбинное топливо ТГ и ТГВК моторный дизель, судовое топливо Ф-5 | Топливо моторное ДМ, мазут судовой Ф-12 и экспорт М-0,9, М-1,5, М-2,0 | Горючее 40 и 40Б | Горючее 100Б | Горючее 100 |
Юаней-10 | РМД-15 | РМЭ, РМФ-25, РМГ-35 | РМЛ-45 | ||
Вязкость кинематическая, мм2/с при 100 °С при 80°С при 50°С | 10 15 40 | 15 25 80 | 25 45 180 | 35 75 380 | 45 100 500 |
Плотность при 15 °С, кг/м3, не более | 991 | 991 | 991 | 991 | 991 |
Температура вспышки в закрытом тигле, °С | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 |
Температура застывания, °С, не выше | 24 | тридцать | тридцать | тридцать | тридцать |
Вместимость кокса по Конрадсону, вес. | 10 | 14 | 15 | 18 | 22 |
Зольность, % вес. | 0,1 | 0,1 | 0,15 0,15 | 0,15 | 0,2 |
Содержание воды, % не более | 0,50 | 0,80 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
Массовая доля серы, % не более | 3,5 | 4.0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 |
Содержание ванадия, мг/кг, не более | 150 | 350 | 200 | 300 | 600 |
открыть таблицу в новой вкладке
Для соответствия мировым требованиям по эксплуатации судовых топлив представители военно-морского флота совместно с нефтяниками и нефтепереработчиками разработали международный стандарт ISO/DIS-F-8217, который включает 4 степени судового дистиллята и 15 градусов остаточного топлива. Последние сгруппированы в шесть групп от легких до сверхтяжелых. Качество мазута разных классов по международному стандарту ISO/DIS-F-8217 и соответствующих марок российского топлива представлено в таблице. 1 и 2.
Таблица 2. Качество зарубежных (по ИСО-Ф-8217-87) и российских аналогов судового высоковязкого топлива (по ТУ 38.1011314-90) | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
Имя индикатор | Топливный свет | Топливо тяжелое | Сверхтяжелое топливо | |||
Русский СВЛ | Иностранный юань-10 | Русский СВТ | Иностранный RMG | Русский СВС | Иностранный РМЛ-55 | |
Условная вязкость, °ВУ 50 °С, не более 80 °С, не более 50 °С, не более | 5,0 – – | – – | – 8 – | – – | – 16 – | – – |
Кинематическая вязкость, мм2/с при 50°С при 80°С при 100 °С | – – – | 40 15 10 | – – – | 380 75 35 | – – – | 700 130 55 |
Зольность, % | 0,05 | 0,1 | 0,12 | 0,15 | 0,15 | 0,20 |
Кокс, % | 7,0 | 10 | 15,0 | 18 | 22,0 | – |
Массовая доля серы, % не более Тип I Тип II III дисплей | 1,0 2.0 2,5 | 3,5 – – | 2.0 3,5 – | 5,0 – | 5,0 – | 5,0 – |
Температура вспышки, °С, закрытый тигель в открытом тигле | 65 – | 60 – | 90 | 60 – | 100 | 60 – |
Температура, °С температура застывания | 5 – | – 24 | 15 – | – тридцать | 25 – | – тридцать |
Плотность, кг/м3 при 15°С при 20 °С | – 965 | 991 – | – 995 | 991 – | – 1015 | 991 – |
Массовая доля ванадия, % | 0,01 | 0,015 | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,06 |
открыть таблицу в новой вкладке
Марки российского топлива и соответствующие им классы по международному стандарту равнозначны только по вязкости.
Обоснование и разработка технико-эксплуатационных требований к новым видам топлив для всех типов судовых дизельных двигателей
В связи с углублением переработки нефти, изменением структуры товарных нефтепродуктов, совершенствованием конструкции дизелей и систем топливоподготовки и подачи топлива возникла необходимость пересмотра традиционных требований к двигателю и мазутному топливу, используемому в судовых дизелях двигателей, а также выбор топлива для дизельных установок путем замены устаревших видов топлива на перспективные и менее дефицитные.
Развитие судовых энергетических установок достигло такого уровня, что котельная и дизельная установки имеют практически одинаковую способность сжигать самые тяжелые виды топлива. Это достигается применением в судовых дизельных установках специальных систем подготовки топлива и высокоактивных смазочных масел.
В связи с пополнением флота вновь строящимися кораблями ВМФ в перспективе будет необходимо только два основных вида топлива: маловязкое судовое топливо и высоковязкое судовое топливо трех марок. Результаты ряда исследований и опыт эксплуатации судовых энергетических установок отечественных и ведущих зарубежных фирм позволили ЦНИИ Морского Флота совместно с ЛИВТ, УГНТУ и ВНИИНП разработать научно обоснованные технические и эксплуатационные требования к униформе виды нефтяного топлива для всех типов судовых дизелей.
Судовые топлива по физико-химическим показателям должны соответствовать требованиям и нормам, приведенным в таблице. 3.
Таблица 3. Технические и эксплуатационные требования к однородному нефтяному топливу для всех типов судовых дизельных двигателей | ||||
---|---|---|---|---|
Физико-химические свойства | Судовое маловязкое топливо (дистиллят) СМТ | Судовое топливо высокой вязкости (композитное) | ||
светлый дек | тяжелая СВТ | сверхтяжелый СВС | ||
Вязкость условная, °ВУ, не более при 20 °С при 50°С при 80°С | 2.0 – – | – 5,0 – | – – 8,0 | – – 16,0 |
Зольность, %, не более | 0,02 | 0,05 | 0,12 | 0,15 |
Массовая доля механических примесей, %, не более | 0,02 | 0,10 | 0,30 | 0,60 |
Массовая доля воды, %, не более | след | 0,5 | 1,0 | 1,0 |
Массовая доля серы, %, не более | 1,5 | II вид-2.0 | В арт-2.0 | 5,0 |
Массовая доля меркаптановой серы, %, не более | 0,025 | – | – | – |
Коксоемкость, %, не более | 0,2 | 7,0 | 15,0 | 22,0 |
Температура вспышки, °С, не ниже: в закрытом тигле в открытом тигле | 62 – | 65 – | – 90 | – 100 |
Температура застывания, °С, не выше | -10 | 5 | 15 | 25 |
Массовая доля ванадия, %, не более | – | 0,01 | 0,02 | 0,04 |
Плотность при 20 °С, кг/м3 | 890 | 965 | 995 | 1015 |
Цетановое число, не ниже | 40 | – | – | – |
открыть таблицу в новой вкладке
Судовое топливо низкой вязкости (MSF) требуется для судов, оснащенных высокооборотными дизельными двигателями. По сравнению с дизелем класса Л-0,5 по ГОСТ 305-82, в основном предназначенным для высокооборотных дизелей наземной техники, к маловязкому судовому топливу предъявляются менее жесткие требования. Так цетановое число для маловязкого судового топлива должно быть не менее 40, а для марки Л — не менее 45 единиц; массовая доля серы в разрабатываемом топливе допускается не более 1,5 вместо 0,5%. Высокое содержание серы в судовых топливах допускается улучшением качества смазочных масел, обеспечивающих достаточную защиту от износа основных деталей дизельных двигателей. С учетом компонентного состава топлива йодное число не должно превышать 20.
Несмотря на отсутствие в технических требованиях к топливу такого важного показателя качества, как «фракционный состав», судовое маловязкое топливо имеет взвешенный фракционный состав и выкипает в пределах 180-200…400-410 °С.
Судовое высоковязкое топливо предназначено в качестве основного топлива для средне- и тихоходных дизелей и судовых силовых установок.
По основным показателям качества судовые высоковязкие топлива приближаются к моторным топливам ДТ и ДМ, судовым Ф-5 и Ф-12, экспортным мазутам М-2,0 и М-2,5, экспортным технологическим топливам Е-4,0 и Е-5. ,0 и мазута марок 40 и 100, применяемых в судовых энергетических установках.
Для удовлетворения потребностей всех типов силовых установок необходимо наличие трех марок судового высоковязкого топлива: для использование в дизельных установках, не приспособленных для работы с высоковязким топливом; судовое высоковязкое «тяжелое» (ТВТ) топливо с вязкостью до 8 °HV при 80 °C может использоваться во всех силовых установках с соответствующими системами подготовки и подачи топлива; судовые высоковязкие «сверхтяжелые» (СВС) топлива с вязкостью до 16 °HV при 60 °C должны применяться в энергетических и судовых котельных с соответствующими системами подготовки и подачи топлива.
Изучение физико-химических свойств и углеводородного состава предполагаемых компонентов судовых топлив
В связи с острой необходимостью дальнейшего расширения ресурсов моторных топлив для флота страны были проведены детальные исследования физико-химических свойств и группового углеводородного состава дистиллятных и остаточных фракций нефти, получаемых на типовых технологических установках с различной глубиной переработки нефти топливными компонентами для всех типов судовых дизельных двигателей. При этом были выбраны малодефицитные нефтепродукты со значительным сырьем, не нашедшие достаточно квалифицированного применения и имеющие при этом относительно невысокую стоимость.
Качественная характеристика тяжелых нефтяных остатков различных технологических процессов
В работах ряда авторов, связанных с созданием малорасходных нефтепродуктов специального назначения (превентивные средства — ниогрин, северин, универсин, газотурбинные и маловязкие судовые топлива), выявлены уникальные депрессивные свойства тяжелых нефтяных остатков в смеси со средними дистиллятами деструктивных процессов. В первую очередь это относится к остаткам вторичного происхождения — крекинг-остаткам, представляющим собой концентраты асфальтосмоляных веществ в сильноароматической среде. Количество тяжелых нефтяных остатков в этих продуктах колеблется от 2…10% до 20…30% по массе.
Необходимость разработки новых унифицированных видов судового топлива возникла в связи с острой нехваткой нефти и моторного (в том числе дизельного) топлива.
Из вышеизложенного следует, что общая тенденция к использованию более тяжелых моторных топлив и совершенствование конструкции судовых двигателей делает актуальной проблему создания более тяжелых судовых топлив (см. Обоснование и разработка технических и эксплуатационных требований к новым видам топлива для всех типов судовых дизелей) двигатели). Разработанные технические и эксплуатационные требования к последним позволяют вовлекать в них более 50 % тяжелых остаточных фракций, не нашедших пока достаточно квалифицированного применения.
Следует подчеркнуть, что сложность таких нефтедисперсных систем до сих пор препятствовала решению этой проблемы.
В качестве возможных компонентов судовых высоковязких топлив были выбраны остатки прямой перегонки нефти: мазут (МЗ), гудрон из смеси сернистой западносибирской (ЗС) и высокосернистой арланской (ГА) нефтей и асфальтиты (А) процесса асфальтирования гудрона, а также остатки вторичных процессов: крекинг — остатки процесса висбрекинга гудрона из тех же западносибирской (КЗ) и арланской (КА) нефтей, остатки вакуумно-тяжелого крекинга из остаточного сырья — вакуум-крекинг остаток. (ВКР) и крекинг-остаток из дистиллятного сырья — дистиллятный крекинг-остаток (ДКР).
Стол. 4 и 5.
Таблица 4. Физико-химические свойства тяжелых нефтяных остатков от процессов вторичного крекинга | ||||
---|---|---|---|---|
Индекс | Треснувшие останки | |||
Калифорния | КЗ | В | ДКО | |
Плотность при 20 °С, кг/м3 | 973 | 980 | 1026 | 1083 |
Условная вязкость при 100 °С, °ВУ | 11,6 | 4.03 | 33 | не течет |
Кокс, % | 14,6 | 12:55 | 16,4 | 18.59 |
Зольность, % | 0,06 | 0,03 | 0,04 | 0,025 |
Массовая доля серы, % | 3,80 | 2.04 | 2,73 | 2,86 |
Массовая доля механических примесей, % | 0,03 | 0,02 | 0,026 | 0,05 |
Температура вспышки, °С | 110 | 139 | 200 | 206 |
Температура застывания, °С | 3 | -6 | 36 | 28 |
Фракционный состав: начало кипения, °С выкипает до 300 °С, % об. выкипает до 350 °С, % об. выкипает до 400 °С, % об. выкипает до 420 °С, % об. выкипает до 450 °С, % об. выкипает до 480 °С, % об. выкипает до 500 °С, % об. | 152 12 18 23 – 32 – 44 | 168 9 14 16 23 29 38 54 | 370 – – – 2 14 20 22 | 246 2 5 7 20 29 45 68 |
Групповой углеводородный состав, мас.: углеводороды в том числе парафино-нафтеновые ароматный в том числе моноциклический бициклический полициклический смола я смола II асфальтены карбаны, карбоиды | 71,5 23,3 48,2 5.2 8.1 34,9 5,9 12,6 11,0 0,02 | 87,73 22.40 65,33 8,0 23.20 34.13 – 3,60 8,66 0,01 | 71,90 11.70 60,20 12:50 21.70 26.00 – 13.20 14,88 0,02 | 71,75 – – – – – |
открыть таблицу в новой вкладке
Результаты изучения физико-химических свойств нефтяных остатков показали, что они тяжелые (плотность 1007…1056 кг/м3 (от +22 до +45°С). Все остатки в своем составе практически не имеют фракций, выкипают до 360°С. Исключение составляют более легкие и менее вязкие крекинг-мазуты — мазуты КЗ, КА и МЗ, содержание фракций, выкипающих до 350°С, где оно достигает 7…18% масс, и температура застывания от минус 6 до +14 °С.
Сравнительная оценка группового углеводородного состава тяжелых остатков показала, что все они представляют собой высокоароматические соединения (48,2…65,3 % по массе) с высоким содержанием смолистых веществ (3,6……14,9 % по массе) угара. 5.
Таблица 5. Физико-химические свойства нефтяных остатков прямой перегонки и процесса деасфальтизации из западносибирской и арланской нефтей | ||||
---|---|---|---|---|
Индекс | Тарс | Асфальтит | Горючее | |
ГЗ | ИДТИ | ОДИН | Минздрав | |
Плотность при 20 °С, кг/м3 | 960 | 1026 | 1056 | 937 |
Вязкость условная при 80 °С, °ВУ при 100 °С, °ВУ | – 1,84 | – не течет | – не течет | – – |
Кокс, % | 10.10 | 14,81 | 19.04 | 6.05 |
Зольность, % | 0,02 | 0,02 | 0,07 | 0,11 |
Массовая доля серы, % | 2,35 | 3,75 | 2,98 | 2,25 |
Массовая доля механических примесей, % | 0,02 | 0,03 | 0,08 | 0,005 |
Температура вспышки, °С | 134 | 273 | 308 | 176 |
Температура застывания, °С | 22 | 27 | 45 | 14 |
Фракционный состав: начало кипения, °С выкипает до 300 °С, % об. выкипает до 350 °С, % об. выкипает до 400 °С, % об. выкипает до 420 °С, % об. выкипает до 450 °С, % об. выкипает до 480 °С, % об. выкипает до 500 °С, % об. | 255 1 2 3 5 8 17 40 | 390 – – 4 – 10 – 18 | 468 – – – – – – 3 | 268 – 7 20 27 39 – – |
Групповой углеводородный состав, мас.: углеводороды в том числе парафино-нафтеновые ароматный в том числе моноциклический бициклический полициклический смола я смола II асфальтены карбаны, карбоиды | 82,56 18.40 64,16 15.80 32,0 16.36 – 13,0 4,44 – | 60,7 11,9 48,8 7.4 18,4 23,0 11,7 17,3 10.3 – | 62,2 5.1 57,1 – 7.4 49,7 9,5 17,0 11.3 – |
открыть таблицу в новой вкладке
Наименее насыщен этими соединениями мазут марки МЗ, не подвергавшийся высокотемпературной деструктивной обработке. Все изученные нефтяные остатки характеризуются высоким содержанием серы, которое варьирует от 2,0 до 3,8 по массе.
Таким образом, проведенные исследования показали, что тяжелые остатки атмосферно-вакуумной и деструктивной переработки нефти, а также процесса асфальтирования гудрона представляют собой высококонденсированные и сильно ароматизированные системы, содержащие значительное количество неасфальтовой смолы и высокомолекулярных соединений серы, могут быть использованы в качестве основных компонентов высоковязких судовых топлив.
Исследование физико-химических свойств и группового углеводородного состава легких и тяжелых дистиллятов прямой перегонки нефти и вторичных процессов
Для снижения температуры застывания, вязкости и доведения до требуемых норм других показателей качества нефтяных остатков применяют легкие и тяжелые дистилляты процессов прямой перегонки и вторичного крекинга, произведенные на технологических установках ОАО «Ново-Уфимский НПЗ», «Уфанефтехим» и «Уфимский НПЗ». : атмосферно-вакуумная перегонка, каталитический и термический крекинг, висбрекинг и замедленное коксование. Результаты изучения их физико-химических свойств и группового углеводородного состава приведены в табл. 6…8.
Поскольку все три НПЗ перерабатывают одну и ту же смесь западно-сибирских высокосернистых нефтей и высококислотной арланской нефти в стандартных технологических установках, физико-химические свойства производимых на них легких и тяжелых дистиллятов схожи.
Для сравнения дана качественная характеристика негидроочищенных дизельных фракций прямой перегонки нефти и легких и тяжелых дистиллятов вторичного крекинга.
Легкие газойли каталитического крекинга (ЛГКК) и газойли замедленного коксования (ЛГЗК) имеют низкую вязкость и низкую температуру застывания (температура застывания -11…..890 кг/м3 при 20 °С). 6.
Таблица 6. Характеристики среднедистиллятных фракций процессов прямой перегонки и крекинга производства НУНПЗ | ||||
---|---|---|---|---|
Индикаторы | Легкий газойль замедленного коксования (ЛГЗК) | Легкий газойль каталитического крекинга (ЛГЦК) | Прямая дизельная фракция с АБИ-3 (PDF) | Трескающаяся слизь (Калифорния) |
Условная вязкость, °ВУ при 20 °С | 1,2 | 1,21 | 1,32 | 1.1 |
Зольность, % | – | 0,0015 | 0,004 | 0,0015 |
Массовая доля механических примесей, % | отсутствующий | 0,004 | отсутствующий | 0,004 |
Температура вспышки, °С | 100 | 80 | 64 | 72 |
Температура застывания, °С | -одиннадцать | -39 | — 22 | -тридцать |
Массовая доля серы, % | 1,5 | 1.1 | 0,6 | 2,7 |
Кокс, % | 0,036 | 0,05 | 0,011 | 0,11 |
Массовая доля воды, % | – | отсутствующий | отсутствующий | отсутствующий |
Плотность при 20 °С, кг/м3 | 890 | 883 | 884 | 910 |
Фракционный состав: начало кипения, °С 10% перегоняется при температура, °С 50% перегоняется при температуре, °С 90% перегоняется при температура, °С конец кипения, °С | 190 262 315 | 184 210 278 | 160 206 272 | 193 85/320 90/350 |
Групповой углеводородный состав, % вес. : парафино-нафтеновые ароматические в том числе: легкие середина тяжелый смола | 50,9 46,5 5.1 26,0 15,4 2,6 | 56.13 42,65 6.22 15,78 20,65 1,22 | 72,0 27,0 12,0 9,0 6,0 1,0 | 33,9 63,1 13.3 40,8 9,0 3.0 |
открыть таблицу в новой вкладке
Низкая температура вспышки (+12 °C) процесса висбрекинга с обратным холодильником (CF) может привести к низким значениям температуры вспышки в прототипах судовых топлив высокой вязкости. Поэтому крекинг шламов утяжеляли перегонкой в аппарате АПХ-2 с получением фракций с температурой кипения 180–360 °С. Выход этой фракции от исходной составил 82% по массе, температура вспышки в закрытом тигле +72°С (таблица 7).
Таблица 7. Свойства тяжелых газойлей вторичного крекинга | |||
---|---|---|---|
Индекс | Унфанефтехим | Ново-Уфимский НПЗ | |
Тяжелый газойль каталитического крекинга | Тяжелый газойль катализирует крекинг | Замедленное коксование тяжелого газойля | |
Плотность при 20 °С, кг/м3 | 904 | 918 | 978 |
Условная вязкость, °ВУ при 20 °С при 50°С | – 1,7 | 7.6 – | 8,26 – |
Соответствует ей кинематически, мм2/с при 20 °С при 50°С | – 8,8 | 15.36 5,74 | – – |
Температура застывания, °С | +22 | +12 | +12 |
Массовая доля серы, % | 1,9 | 1,38 | 3,77 |
Кокс, % | 1.1 | 1.1 | 0,66 |
Фракционный состав: начало кипения, °С 10% выкипает при температуре, °С 50% выкипает при температуре, °С 90% выкипает при температуре, °С выкипает до 300 °С, % об. выкипает до 360 °С, % об. выкипает до 400 °С, % об. конец кипения, °С | 210 – – | 200 268 360 | 220 340 382 |
Групповой углеводородный состав, мас.: парафино-нафтеновый ароматный в том числе моноциклический бициклический полициклический смола я смола II | 50,1 46,0 10.2 11,7 24.1 1.1 2,8 | 49,0 47,8 6.2 14,0 27,6 3.2 – | 53,0 45,2 5,0 18,0 22,2 1,8 – |
открыть таблицу в новой вкладке
Тяжелые газойли каталитического крекинга (ТГКК) имеют более высокие температуры застывания (+12…+22 °С), более высокие плотность (904…918 кг/м3 при 20 °С) и вязкость (5,74…8,80 °ВУ) при 50°С).
Изучение группового углеводородного состава этих разбавителей показало, что содержание ароматических углеводородов в ЛГХК составляет 43…46% по массе против 46…48% по массе соответственно в ТГХК и КФ. Примечательно, что бициклические ароматические углеводороды в ЛГХК и ЛГЗК составляют около 40-50%, а в КФ — 65%, а в ТГХК более 50% ароматических углеводородов представлены полициклическими ароматическими углеводородами (табл. 8).
Таблица 8. Характеристики УГТ, получаемого на установке замедленного коксования и каталитического крекинга Национального НПЗ | ||
---|---|---|
Индикаторы | CGF замедленного коксования | Каталитический крекинг CGF |
Плотность при 20 °С, кг/м3 | 946 | 874 |
Кинематическая вязкость, мм2/с при 20 °С при 50°С | 14.46 5.20 | 4,74 2,43 |
Температура вспышки, °С | +90 | +84 |
Температура застывания, °С | +10 | -6 |
Кокс, % | 0,46 | 0,40 |
Массовая доля серы, % | 2,35 | 1,98 |
Содержание твердых парафинов (-21 °С), % | 1,43 | 1,40 |
Температура плавления, °С | 55 | 48 |
Фракционный состав: начало кипения, °С 10% выкипает при температуре 50% выкипает при температуре 90% выкипает при температуре конец приготовления выкипает до 300 °С, % об. выкипает до 360 °С, % об. выкипает до 400 °С, % об. выкипает до 420 °С, % об. выкипает до 450 °С, % об. | 220 | 200 |
Групповой углеводородный состав, мас.: парафино-нафтеновый ароматный в том числе: легкие середина тяжелый смола | 36,0 59,2 8.2 17.2 33,8 4,8 | 50,0 48,0 15.2 8,6 24,2 2.0 |
открыть таблицу в новой вкладке
По углеводородному составу и распределению ароматических углеводородов по группам парафиновая газойлевая фракция (КФГ) каталитического крекинга и коксования близка к тяжелым газойлям в этих процессах.
Самыми тяжелыми и вязкими дистиллятами среди исследованных нефтепродуктов следует считать газойли замедленного процесса кипения Ново-Уфимского НПЗ, отличающиеся хорошими низкотемпературными свойствами (см табл. 6 и 7). Это связано с повышенным содержанием ароматических углеводородов (46,5% по массе) и смол (2,6% по массе) по сравнению с дистиллятами каталитического крекинга. Однако существенным недостатком газойлей замедленного коксования является наиболее высокое содержание в них соединений серы. В легком коксовом газойле она составляет 3,45 % по массе, в тяжелом газойле — 3,77 % против 1,1 и 1,9 % в легком и тяжелом каталитическом газойлях соответственно.
Таким образом, приведенная выше оценка качества вторичных газойлей показала возможность их использования в составе высоковязких судовых топлив для улучшения их вязкостных, низкотемпературных и других эксплуатационных характеристик.
Разработка технических условий на топливо судовое высоковязкое для среднеоборотных и малооборотных дизелей
Настоящие технические условия распространяются на высоковязкие судовые топлива, полученные из среднедистиллятных фракций и нефтяных остатков прямой перегонки и деструктивных процессов. Топливо судовое высоковязкое предназначено для использования в судовых энергетических установках иностранного производства, работа которых обеспечивается на топливе, соответствующем международному стандарту ISO/DIS-F-8217-87.
Разработка технических условий на высоковязкое судовое топливо осуществлялась на основании технических и эксплуатационных требований потребителя к новому виду тяжелого (остаточного) моторного топлива. В зависимости от условий эксплуатации устанавливаются на сорта судового топлива высокой вязкости. По физико-химическим показателям высоковязкие судовые топлива (СВЛ, СВТ, СВС) должны соответствовать требованиям и нормам, ранее приведенным в табл. 3.
Разрабатываются высоковязкие судовые топлива: легкие, тяжелые и сверхтяжелые планируется производить из газойлей и остаточных фракций деструктивных процессов с минимальным вовлечением в их состав продуктов прямой перегонки нефти. Это позволит снизить расход дефицитных дизельных фракций на водном транспорте за счет замены их продуктами глубокой переработки нефти.
По основным показателям качества судовое топливо приближается к моторным топливам ДТ, ДМ, судовым Ф-5 и Ф-12, экспортным мазутам М-2,0 и М-2,5, технологическому топливу экспортным 3-4,0 и 3-5, 0 и мазута класса 40 и 100, которые в настоящее время используются в судовых силовых установках.
Внедрение высоковязкого топлива позволит унифицировать все виды топлива, используемые на водном транспорте. Вместо используемых в настоящее время 11 марок мазута планируется производить 3 марки судового высоковязкого топлива, что облегчит работу нефтеперерабатывающих и бункеровочных компаний.
Разработанные судовые высоковязкие топлива не уступают по применению и качеству, а по некоторым показателям превосходят эквивалентные качества топлива, выпускаемого по ISO/DIS-F-8217 (см табл. 2).
В 1983 году УГНТУ совместно с Ново-Уфимским НПЗ, ЦНИИМФ разработали первые технические условия ТУ 38.301-121-38 на опытные партии судового высоковязкого топлива. В соответствии с ТУ 38.301-121-83 изготовлены опытные партии топлива, прошедшие эксплуатационные испытания с положительными результатами на судах Латвийского и Балтийского пароходств.
В 1987 году УГНТУ совместно с теми же организациями были разработаны вторые технические условия ТУ 38.3011113-87 на опытно-промышленные партии высоковязкого судового топлива.
Две опытные партии, разработанные на НУНПЗ, прошли испытания с положительными результатами на судах Латвийского и Балтийского пароходств. В 1987 г в соответствии с ТУ 38.3011113-87 получен и испытан опытный образец топлива марки СВС, физико-химические свойства которого представлены ниже.
Испытания высоковязких судовых топлив, проведенные в 1983-1987 гг., показали принципиальную возможность использования на отечественных судах и судах иностранной постройки со среднеоборотными и тихоходными дизелями.
В 1990 г. УГНТУ, ВНИИНП, НУНПЗ, ЦНИИМФ разработаны постоянно действующие технические условия ТУ 38.1011314-90 (взамен ТУ 38.1011113-87) на серийное производство судового высоковязкого топлива.
Исследование и разработка компонентного состава судового высоковязкого топлива в соответствии с требованиями ТУ 38.1011113-90
Технология производства судового высоковязкого топлива разработана на базе существующего комплекса технологических установок данного нефтеперерабатывающего завода с учетом перспектив дальнейшего развития.
Разработка технологии получения композиционных высоковязких судовых топлив основывалась на результатах обширных физико-химических, структурно-механических и остаточных фракций прямой перегонки нефти и вторичных процессов и их соединений.
В качестве дистиллятных фракций использовались легкие и тяжелые газойли, а также их балансовые смеси — парафиновые газойлевые фракции (КГФ) деструктивных процессов: замедленного коксования, каталитического и термического крекинга, висбрекинга и прямой перегонки нефти. А в качестве остальных компонентов высоковязких судовых топлив — тяжелые нефтяные остатки: гудрон ГЗ и ГА, дистиллятный крекинг-мазут — ДКО и остаточный — КЗ и КА, а также остаточный крекинг-мазут после вакуумной перегонки — ВКО. Качественные характеристики возможных компонентов высоковязких судовых топлив приведены выше в разделе «Исследование физико-химических свойств и углеводородного состава предлагаемых компонентов судовых топлив.
Важнейшими показателями качества, ограничивающими содержание масляных остатков в составе топлива, являются: вязкость и температура застывания, коксуемость и зольность, содержание серы и механических примесей, массовая доля ванадия, плотность.
В связи с этим были проведены исследования физико-химических свойств различных топливных композиций во всем диапазоне концентраций нефтяных остатков в смеси (от 0 до 100 мас.%), а также подобраны оптимальные компонентные составы судовых топлив.
Исследование свойств и подбор компонентного состава судового высоковязкого топлива с использованием вторичных продуктов деструктивных процессов
Для определения оптимального компонентного состава судового высоковязкого топлива трех марок СВЛ, СВТ и СВС было изучено изменение основных показателей качества средней и тяжелой дистиллятных фракций в зависимости от количества вводимых нефтяных остатков. На рис. На рис. 1 и 2 представлена зависимость температуры застывания КГТ замедленного коксования и каталитического крекинга от количества вводимых в смесь нефтяных остатков. Примечательно, что крекинг-остатки значительно снижают температуру застывания при коксовании ХГФ, при этом ДКО обладает наибольшей активностью. Остаток крекинг-остатка также снижает температуру застывания коксового газойля (рис. 1).
Рис. 1 Зависимость температуры застывания при замедленном коксовании ВГС от количества нефтяных остатков.
1 – дистиллятный остаток крекинга (ρ420 = 1,087); 2 – смесь дистиллята и остатков крекинга (ρ420 = 1,033); 3 – остаточный крекинг-остаток (ρ420 = 0,980); 4 — смола (ρ420 = 0,972)
Демпфирующее действие смеси на эти остатки (1:1) возрастает и находится почти на одном уровне с эффективностью чистого ДЦО. Смола не обладает демпфирующими свойствами (рис. 2).
Рис. 2 Зависимость температуры застывания каталитического крекинга СГФ от количества нефтяных остатков.
1 – дистиллятный остаток крекинга (ρ420 = 1,087); 2 — остаточный крекинг-остаток (ρ420 = 0,980); 3 – смесь крекинг-остатков (1:1) (ρ420 = 1,033); 4 — смола (ρ420 = 0,972)
Таким образом, можно сделать вывод, что ДКО как в чистом виде, так и в смеси с обычным крекинг-остатком (1:1) обладает хорошими депрессорными свойствами.
На рис. На рисунках 3 и 4 представлена зависимость качественных показателей КГФ деструктивных процессов от количества введенных ДКО и КО.
Рис. 3 Зависимость качественных показателей КГФ каталитического крекинга от количества дистиллятных остатков крекинга (ρ420 = 1,087).
1 — вязкость; 2 — коксовая емкость; 3 — зольность; 4 — содержание серы
Смесь на основе ЦГФ замедленного коксования, содержащая до 60 % ДКО, полностью удовлетворяет требованиям по вязкости и соответствует 21,7 °ВВ против 40 °ВВ при 80 °С.
Рис. 4 Зависимость показателей качества КГС каталитического крекинга от количества остаточных остатков крекинга (ρ420 = 0,980).
1 — вязкость; 2 — коксовая емкость; 3 — зольность; 4 — содержание серы
Следует отметить, что содержание серы в шихте снижается с увеличением в ней процентного содержания ДКО из-за меньшего содержания серы исходного крекинг-остатка (2,95 %) по сравнению с содержанием исходного ЦГФ самого замедленного коксования. (3,68%). Зольность топливной смеси увеличивается с увеличением в ней концентрации ДКО (рис. 5).
Рис. 5 Зависимость показателей качества КГФ каталитического крекинга от количества смеси остатка крекинга с дистиллятным остатком (1:1) (ρ420 = 1,033).
1 — вязкость; 2 — коксовая емкость; 3 — зольность; 4 — содержание серы
Основным показателем, ограничивающим содержание масляных остатков в смеси, является их коксуемость. Поэтому содержание ДКО в шихте не должно быть более 60 %, при таком компонентном составе коксоемкость составляет 9,68 % против 10 % по норме. Установлена аналогичная зависимость показателей качества ЦГФ от содержания остаточного крекинг-остатка, его смеси с ДКО (см рис. 5), а также смеси, полученной из ЦГФ и гудрона 50:50 (рис. 6).
Рис. 6 Зависимость показателей качества КГС каталитического крекинга от количества гудрона (ρ420 = 0,972).
1 — вязкость; 2 — коксовая емкость; 3 — зольность; 4 — содержание серы
На основе исследований, проведенных в лабораторных условиях, получены прототипы судового высоковязкого топлива. Предлагаются прототипы следующего состава:
- образец 1 – дистиллят замедленного кокса (равновесная смесь керосино-газойлевых фракций);
- образец 2 — смесь дистиллятов замедленного кокса — 70% и дистиллята и остатков крекинг-остатков в соотношении 1:1 — 30 %;
- образец 3 — смесь дистиллятов замедленного кокса — 50% и остатка крекинга — 50 %;
- образец 4 — смесь дистиллятов замедленного кокса — 50% и гудрона — 50 %.
Физико-химические свойства этих опытных образцов топлива приведены в таблице. 9.
Таблица 9. Компонентный состав и качество опытных образцов судового высоковязкого топлива, полученного на основе мазута и замедленного кокса-КГФ | ||||
---|---|---|---|---|
Индикаторы | Образец 1 | Пример 2 | Пример 3 | Пример 4 |
КГФ | КГФ — 70 % ДКО + КО (1:1) — 30 % | КГФ — 50 % КО — 50 % | КГФ — 50 % смола — 50 % | |
Вязкость условная при 50 °С, °ВУ | 1,27 | 2.01 | 1,34 | 1,79 |
Массовая доля механических примесей, % | 0,036 | 0,052 | 0,03 | 0,048 |
Зольность, % | 0,003 | 0,015 | 0,034 | 0,021 |
Кокс, % | 0,27 | 5,44 | 7.08 | 4,34 |
Массовая доля серы, % | 2,56 | 2,56 | 2,44 | 2,49 |
Температура вспышки, определенная в закрытом тигле, °С | +90 | +100 | +94 | +92 |
Температура застывания, °С | -14 | -42 | -28 | -2 |
Плотность при 20 °С, кг/м3 | 952 | 971 | 976 | 959 |
Фракционный состав: начало кипения, °С перегоняется до 300 °С, % перегоняется до 350 °С, % до 400 °С перегнан, % до 420 °С перегнан, % перегоняется до 480 °С, % перегоняется до 500 °С, % | – – – – – – – | 186 58 70 80 84 91 93 | 218 52 63 75 80 94 96 | 228 48 62 70 76 89 93 |
открыть таблицу в новой вкладке
Сравнивая характеристики опытных образцов, можно сказать, что по их качественным показателям: 1, 2, 4 — выдерживают нормы как «легкого», так и «тяжелого» топлива, а образец 3 за счет повышенного коксообразования (7,08 %) удовлетворяет требованиям только для «тяжелых» СВТ.
Кроме того, на основе КГФ каталитического крекинга были составлены и исследованы физико-химические свойства прототипа судового высоковязкого топлива следующего состава:
- образец 5 — дистиллят каталитического крекинга (равновесная смесь керосин-газойлевых фракций);
- образец 6 — смесь дистиллятов каталитического крекинга — 70% и дистиллятного остатка крекинга — 30 %;
- образец 7 — смесь дистиллятов каталитического крекинга 50% и крекинг-остатка от гудрона — 50 %;
- образец 8 — смесь дистиллятов каталитического крекинга — 50% и гудрона — 50 %.
Физико-химические свойства этих прототипов представлены в таблице. 10
Таблица 10. Компонентный состав и качество опытных образцов судового высоковязкого топлива, полученных на основе нефтяных остатков и каталитического крекинга КГФ | ||||
---|---|---|---|---|
Индикаторы | Пример 5 | Пример 6 | Пример 7 | Пример 8 |
КГФ | 70% ЦГФ 30% ДКО | 50% ЦГФ 50% СО | 50% ЦГФ 50% смолы | |
Условная вязкость, °ВУ, при 50°С | 1,17 | 1,21 | 1,78 | 3,59 |
Массовая доля серы, % | 1,20 | 1,68 | 1,76 | 1,81 |
Массовая доля механических примесей, % | 0,01 | 0,02 | 0,05 | 0,04 |
Зольность, % | 0,009 | 0,013 | 0,036 | 0,024 |
Кокс, % | 0,15 | 6.4 | 7.02 | 4.3 |
Температура вспышки, °С | 82 | 82 | 82 | 82 |
Температура застывания, °С | +5 | -тридцать | -15 | +10 |
Плотность при 20 °С, кг/м3 | 898 | 967 | 991 | 993 |
Фракционный состав: начало кипения, °С выкипает до 300 °С, % выкипает до 350 °С, % выкипает до 400 °С, % выкипает до 420 °С, % выкипает до 480 °С, % выкипает до 500 °С, % | 204 45 69 85 86,5 93 96 | 180 49 68 85 88 92 96 | 178 29 46 73 82 88 96 | 194 27 48 65 78 89 96 |
Из представленных данных видно, что свойства образцов-прототипов СВТ, полученных на основе каталитического крекинга КГП, практически не отличаются от образцов, полученных из КГП замедленного кокса.
Исследование и разработка компонентного состава судового высоковязкого топлива на базе сернистых и высокосернистых остатков прямой перегонки и деасфальтизации
В связи с увеличением доли тяжелых кислых и высокосернистых нефтей в общем объеме добываемых и перерабатываемых нефтей составление и исследование топливных композиций из гудрона (или асфальтов) и легких газойлей термодеструктивных процессов имело большое практическое и практическое значение теоретический интерес. Качественные характеристики прототипов СВТ представлены в таблице. 11…13. В результате исследований разработан компонентный состав унифицированного топлива для судовых дизелей СВЛ марки «легкий»:
- гудрон из смеси сернистых западносибирских нефтей — 70 %, газойль легкий коксования — 30 %;
- гудрон из высокосернистой арланской нефти (или асфальта) — 60 %, легкого коксового (или каталитического) бензина — 40 %.
Таблица 11. Физико-химические свойства опытных образцов СВТ на основе гудрона из смеси сернистых западносибирских нефтей, произведенных на Национальном нефтеперерабатывающем заводе | ||||
---|---|---|---|---|
Индекс | ТУ 38.301121-63 на СВТ марки | Образец 1 | Пример 2 | |
легкое | тяжелый | ГЗ — 70 % ЛГЗК — 30 % | ГЗ — 80 % ЛГЗК — 20 % | |
Условная вязкость, °ВУ при 50 °С, не более при 80 °С, не более | 10 3,5 | 40 8 | 1. 3 3,8 | 40 8,0 |
Соответствующая кинематическая вязкость, мм2/с при 50 °С, не более при 80 °С, не более | 80 25 | 300 62 | – – | 300 62 |
Массовая доля серы, % не более | 3.0 | 4.0 | 2,5 | 2,6 |
Температура застывания, °С не выше | 10 | 25 | -15 | -6 |
Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °С, не менее | 61 | 80 | 94 | 100 |
Коксоемкость, % не более | 12 | 18 | 6,0 | 6,5 |
Зольность, % не более | 0,1 | 0,15 | 0,035 | 0,042 |
Массовая доля механических примесей, %, не более | 0,2 | 0,3 | 0,03 | 0,038 |
Разработана топливная композиция для судовых дизелей СВТ «тяжелой» марки»:
- гудрон из смеси сернистых западносибирских нефтей — 80%, газойль легкий коксования — 20 %;
- гудрон из высокосернистой арланской нефти (или асфальта) — 70 %, легкий коксовый газойль — 20 %.
Таблица 12. Физико-химические свойства прототипов СВТ на основе арланского гудрона, произведенных на Национальном нефтеперерабатывающем заводе | ||
---|---|---|
Индекс | Пример 3 | Пример 4 |
ГА — 60 % ЛГЗК — 40 % | ГА — 70 % ЛГЗК — 30 % | |
Условная вязкость, °ВУ, при 50°С при 80°С | 9,5 3.0 | 17 6,6 |
Соответствующая кинематическая вязкость, мм2/с при 50°С при 80°С | 70,2 20,6 | 126 40,8 |
Массовая доля серы, % | 2,8 | 3.2 |
Кокс, % | 2,8 | 3.2 |
Температура вспышки, определенная в закрытом тигле, °С | 93 | 100 |
Температура застывания, °С | — 20 | -15 |
Массовая доля механических примесей, % | 0,035 | 0,045 |
Зольность, % | 0,030 | 0,042 |
Топливные композиции по своим физико-химическим свойствам соответствуют предъявляемым к ним техническим и эксплуатационным требованиям.
Таблица 13. Физико-химические свойства прототипов СВТ на основе битумов для пропановой деасфальтизации гудрона производства НПЗ | ||
---|---|---|
Индекс | Пример 5 | Пример 6 |
А — 60 % ЛГЦК — 40 % | А — 70 % ЛГЦК — 30 % | |
Условная вязкость, °ВУ при 50°С при 80°С | 18 6,8 | 40 8,0 |
Соответствующая кинематическая вязкость, мм2/с при 50°С | 148 | 300 |
Массовая доля серы, % | 2,4 | 2.3 |
Температура застывания, °С | -15 | -12 |
Температура вспышки, определенная в закрытом тигле, °С | 94 | 97 |
Кокс, % | 10 | |
Зольность, % | 0,08 | 0,05 |
Массовая доля механического примеси, % | 0,04 | 0,025 |
Плотность при 20 °С, кг/м3 | 961 | 973 |
Отличительной особенностью прототипов являются их хорошие низкотемпературные свойства. Так, температура застывания марки БТР «легкая» для всех образцов топлива составила -15…-20 °С, марки ШТ «тяжелая» — -6… -15 °С. Такой эффект можно объяснить демпфирующим действием асфальтенов, входящих в состав тяжелых нефтепродуктов, достаточно хорошо описанным в ряде работ ряда авторов. Как видно (табл. 14), наилучшей низкой -температурные свойства. Их температура застывания составляет -31… -33 °С.
Таблица 14. Физико-химические свойства опытных образцов СВТ, полученных на основе битума (второго отбора) и легкого коксового газойля | ||||
---|---|---|---|---|
Индекс | Асфальт | Пример 7 | Пример 8 | Пример 9 |
А — 50 % ЛГЗК — 50 % | А — 60 % ЛГЗК — 40 % | А — 70 % ЛГЗК — 30 % | ||
Условная вязкость, °ВУ при 50°С при 100 °С | – более 200 | 4 – | 10 – | 35 – |
Массовая доля механических примесей, % | 0,033 | 0,022 | 0,024 | 0,026 |
Зольность, % | 0,07 | 0,03 | 0,04 | 0,05 |
Массовая доля серы, % | 2,98 | 2.30 | 2,43 | 2,57 |
Температура вспышки, °С | 334 | 87 | 91 | 95 |
Температура застывания, °С | 45 | -33 | -31 | -15 |
Кокс, % | 16,5 | 8.3 | 9,9 | 11,7 |
Массовая доля воды, % | отсутствующий | – | – | – |
Плотность при 20 °С, кг/м3 | 1056 | 941 | 950 | 962 |
Коэффициент устойчивости к фазовому расслоению, Fu | – | 0,95 | 0,95 | 0,78 |
Групповой углеводородный состав, мас.: масла, в т.ч. парафино-нафтеновый ароматный: легкие середина тяжелый смола (спирт-толуол) асфальтены карбены, карбоиды | 74,5 – | – | – | – 16,95 56,55 5,65 25,76 25.54 18.53 7,43 0,09 |
открыть таблицу в новой вкладке
Судовое прямогонное высоковязкое топливо также характеризуется низким содержанием зольных примесей. Его коксуемость и массовая доля серы находятся на уровне требуемых нормативов.
На основе экспериментальных физико-химических исследований разработаны компонентные составы унифицированных марок высоковязкого топлива для судовых дизелей средней и малой оборотности на основе тяжелых остатков прямой перегонки и пропановой деасфальтизации гудрона, а также в виде средних дистиллятов термодеструктивных процессов.