Сайт нуждается в вашей поддержке!
Категории сайта

Исследование физико-химических свойств судовых высоковязких топлив

Присоединяйтесь к нашему ТГ каналу!

Разработка новой технологии производства судовых топлив проводилась с целью более рационального использования топливно-энергетических ресурсов в условиях острого дефицита нефти, унификации и сокращения ассортимента применяемых на водном транспорте топлив, необходимости организации производства современных видов топлив, вырабатываемых по передовой технологии, обеспечивающей повышение глубины переработки нефти.

СодержаниеСвернуть

Диспропорция между приростом добычи нефти и увеличивающейся потребностью в моторных топливах, а также перспективы развития и практика эксплуатации судовых дизельных установок, привели к изменениям в структуре производства нефтяных топлив за 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 большим содержанием непредельных и ароматических углеводородов в дистиллятных фракциях и асфальтенов и смол – в остальных, а по физико-химическим свойствам – более высокой плотностью, вязкостью, коксуемостью и температурой застывания, содержанием серы и ванадия, меньшим цетановым числом.

В структуре потребления топлив также произошли большие изменения. Дальнейшее совершенствование конструкции судовых дизелей, появление новых масел с высокоэффективным присадками сделали возможным использование в высокооборотных дизелях (ВОД) дистиллятных топлив утяжеленного фракционного состава, а в среднеоборотных (СОД) и малооборотных (МОД) дизелях – остаточных нефтяных топлив (табл. 1).

Таблица 1. Качество остаточных топлив по международному и российским стандартам
Наименование
показателя
Топливо газотурбинное ТГ и ТГВК моторное ДТ, мазут флотский Ф-5Топливо моторное ДМ, мазуты флотский Ф-12 и экспортный М-0,9, М-1,5, М-2,0Мазут топочный
40 и 40 B
Мазут топочный
100 B
Мазут топочный
100
RMB-10RMD-15RME, RMF-25, RMG-35RML-45
Вязкость кинематическая,
мм2
при 100 °C
при 80 °C
при 50 °C
10
15
40
15
25
80
25
45
180
35
75
380
45
100
500
Плотность при 15 °C, кг/м3, не более991991991991991
Температура вспышки в закрытом тигле, °C6060606060
Температура застывания, °C,
не выше
2430303030
Коксуемость по Конрадсону, % масс.1014151822
Зольность, % масс.0,10,10,15
0,15
0,150,2
Содержание воды, % не более0,500,801,01,01,0
Массовая доля серы, % не более3,54,05,05,05,0
Содержание ванадия, мг/кг, не более150350200300600
Открыть таблицу в новой вкладке

 
Для удовлетворения требований по эксплуатации к судовым топливам во всем мире представители морского флота совместно с нефтяниками и нефтепереработчиками разработали международный стандарт ISO/DIS-F-8217, который включает 4 марки судового дистиллятного и 15 марок остаточного топлива. Последние объединены в шесть групп от легких до сверхтяжелых. Качество различных классов остаточных топлив по международному стандарту ISO/DIS-F-8217 и соответствующих им марок российских топлив представлено в табл. 1 и 2.

Таблица 2. Качество зарубежных (по ISO-F-8217-87) и росийских аналогов судового высоковязкого топлива (по ТУ 38.1011314-90)
Наименование
показателя
Топливо легкоеТопливо тяжелоеТопливо сверхтяжелое
Российское СВЛЗарубежное RMB-10Российское СВТЗарубежное RMGРоссийское СВСЗарубежное RML-55
Вязкость условная, °ВУ
50 °C, не более
80 °C, не более
50 °C, не более
5,0



8


16

Вязкость кинематическая, мм2
при 50 °C
при 80 °C
при 100 °C


40
15
10


380
75
35


700
130
55
Зольность, %0,050,10,120,150,150,20
Коксуемость, %7,01015,01822,0
Массовая доля серы, % не более
I вид
II вид
III вид
1,0
2,0
2,5
3,5

2,0
3,5
5,0
5,0
5,0
Температура вспышки, °C, в закрытом тигле

в открытом тигле


65


60

90


60

100


60

Температура, °C застывания текучести5

24
15

30
25

30
Плотность, кг/м3
при 15 °C
при 20 °C

965
991

995
991

1015
991
Массовая доля ванадия, %0,010,0150,020,030,040,06
Открыть таблицу в новой вкладке

 
Марки российских топлив и соответствующие им классы по международному стандарту являются эквивалентами 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 топливоподачи возникла необходимость в пересмотре традиционных требований к моторным и остаточным видам топлив, применяемых в судовых дизелях, и номенклатуры топлив для дизельных установок путем замены устаревших видов топлив перспективными и менее дефицитными.

Развитие судовых энергетических установок достигло такого уровня, что котельные и дизельные установки практически имеют одинаковые возможности по сжиганию наиболее тяжелых сортов топлив. Это достигается применением в судовых дизельных установках специальных систем топливоподготовки и высокоактивных смазочных масел.

В связи с пополнением флота судами новой постройки в перспективе морскому флоту потребуется только два основных вида топлива: судовое маловязкое топливо и судовое высоковязкое топливо трех марок. Результаты многочисленных 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 технико-эксплуатационные требования к унифицированным видам нефтяных топлив для всех типов судовых дизелей.

По физико-химическим показателям судовые топлива должны соответствовать требованиям и нормам, приведенным в табл. 3.

Таблица 3. Технико-эксплуатационные требования к унифицированным нефтяным топливам
для всех типов судовых дизелей
Физико-химические свойстваСудовое маловязкое топливо (дистиллятное) СМТСудовое высоковязкое топливо (компаундированное)
легкое СВЛтяжелое СВТсверхтяжелое СВС
Вязкость условная,
°ВУ, не более
при 20 °C
при 50 °C
при 80 °C
2,0


5,0


8,0


16,0
Зольность, %, не более0,020,050,120,15
Массовая доля механических примесей, %, не более0,020,100,300,60
Массовая доля воды, %, не болееследы0,51,01,0
Массовая доля серы, %, не более1,5II вид-2,0I вид-2,05,0
Массовая доля меркаптановой серы, %, не более0,025
Коксуемость, %, не более0,27,015,022,0
Температура вспышки, °C , не ниже:
в закрытом тигле
в открытом тигле
62
65

90

100
Температура застывания, °C , не выше-1051525
Массовая доля ванадия, %, не более0,010,020,04
Плотность при 20 °C, кг/м38909659951015
Цетановое число, не ниже40
Открыть таблицу в новой вкладке

 
Судовое маловязкое топливо (СМТ) необходимо для судов, оснащенных высокооборотными дизельными установками. В сравнении с дизельным топливом марки Л-0,5 по ГОСТ 305-82, предназначенным в основном для быстроходных высокооборотных дизелей наземной техники, к маловязкому судовому топливу предъявляются менее жесткие требования. Так, цетановое число топлива маловязкого судового 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 судовом топливе допустимо благодаря повышению качества смазочных масел, обеспечивающих достаточную защиту от износа основных деталей дизелей. С учетом компонентного состава топлива иодное число его не должно превышать 20.

Несмотря на отсутствие в технических требованиях к топливу такого важного показателя качества, как «фракционный состав», судовое маловязкое топливо имеет утяжеленный фракционный состав и выкипает в пределах 180-200…400-410 °C.

Судовое высоковязкое топливо предназначено в качестве основного для средне- и малооборотных дизелей и судовых энергетических установок.

По основным показателям качества судовые высоковязкие топлива приближаются к моторным топливам ДТ и ДМ, флотскому Ф-5 и Ф-12, экспортному М-2,0 и М-2,5 мазутам, топливу технологическому экспортному Э-4,0 и Э-5,0 и топочным мазутам марок 40 и 100, используемым в судовых энергетических установках.

Для удовлетворения потребности всех типов энергетических установок необходимо иметь три марки судового высоковязкого топлива: судовое высоковязкое «легкое» (СВЛ) топливо с вязкостью до 5 °ВУ при 50 °C рекомендуется применять на дизельных установках, не приспособленных к работе на высоковязком топливе; судовое высоковязкое «тяжелое» (СВТ) топливо с вязкостью до 8 °ВУ при 80 °C может применяться в любых энергетических установках с соответствующими системами топливоподготовки и топливоподачи; судовое высоковязкое «сверхтяжелое» (СВС) топливо с вязкостью до 16 °ВУ при 60 °C должно применяться в энергетических и судовых котельных установках с соответствующими системами топливоподготовки и топливоподачи.

Изучение физико-химических свойств и углеводородного состава предполагаемых компонентов судовых топлив

В связи с острой необходимостью дальнейшего расширения ресурсов моторных топлив для флота страны проведены подробные исследования физико-химических свойств и группового углеводородного состава дистиллятных и остаточных нефтяных фракций, полученных на типовых технологических установках различной глубины переработки нефти, в качестве возможных компонентов топлив для всех типов судовых дизелей. При этом выбраны малодефицитные нефтепродукты со значительными сырьевыми ресурсами, не нашедшие достаточно квалифицированного применения и имеющие в то же время относительно низкую стоимость.

Качественная характеристика тяжелых нефтяных остатков различных технологических процессов

В работах ряда авторов, относящихся к области создания низкозастывающих нефтепродуктов специального назначения (профилактические средства – ниогрин, северин, универсин, газотурбинное и маловязкое судовые топлива) описаны уникальные депрессорные свойства тяжелых нефтяных остатков в смеси со средними дистиллятами деструктивных процессов. В первую очередь, это относится к остаткам вторичного происхождения – крекинг-остаткам, являющимися концентратами асфальто-смолистых веществ в высокоароматизированной среде. Количество тяжелых нефтяных остатков в названных продуктах варьирует в пределах от 2…10 % до 20…30 % масс.

Необходимость в разработке новых унифицированных видов судовых топлив возникла вследствие острого дефицита нефти и моторных (в том числе дизельных) топлив.

Из вышеизложенного следует, что общая тенденция к утяжелению моторных топлив и совершенствованию конструкций судовых двигателей делает актуальной проблему создания более тяжелых судовых топлив (см. пункт «Обоснование и разработка технико-эксплуатационных требований к новым видам топлив для всех типов судовых дизельных двигателей»). Разработанные технико-эксплуатационные требования к последним позволяют вовлекать в них свыше 50 % тяжелых остаточных фракций, не нашедших в настоящее время достаточно квалифицированного применения.

Необходимо подчеркнуть, что сложность подобных нефтяных дисперсных систем препятствовала до настоящего времени решению этой проблемы.

В качестве возможных компонентов судовых высоковязких топлив были выбраны остатки прямой перегонки нефти: мазуты (МЗ), гудроны из смеси сернистых западносибирских (ГЗ) и высокосернистой арланской (ГА) нефтей и асфальтиты (А) процесса деасфальтизации гудронов, а также остатки вторичных процессов: крекинг-остатки процесса висбрекинга гудронов тех же западносибирских (КЗ) и арланской (КА) нефтей, утяжеленный вакуумной перегонкой крекинг-остаток из остаточного сырья – вакуумированный крекинг-остаток (ВКО) и крекинг-остаток из дистиллятного сырья – дистиллятный крекинг-остаток (ДКО).

Качество тяжелых нефтяных остатков процессов прямой перегонки сернистых и высокосернистых нефтей и вторичных процессов, вырабатываемых на промышленных установках уфимских НПЗ, приведено в табл. 4 и 5.

Таблица 4. Физико-химические свойства тяжелых нефтяных остатков вторичных крекинг-процессов
ПоказательКрекинг-остатки
КАКЗВКОДКО
Плотность при 20 °C,
кг/м3
97398010261083
Вязкость условная при 100 °C, °ВУ11,64,0333не течет
Коксуемость, %14,612,5516,418,59
Зольность, %0,060,030,040,025
Массовая доля серы, %3,802,042,732,86
Массовая доля механических примесей, %0,030,020,0260,05
Температура вспышки, °C110139200206
Температура застывания, °C3-63628
Фракционный состав:
начало кипения, °C
до 300 °C выкипает, % об.
до 350 °C выкипает, % об.
до 400 °C выкипает, % об.
до 420 °C выкипает, % об.
до 450 °C выкипает, % об.
до 480 °C выкипает, % об.
до 500 °C выкипает, % 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, % масс.:
углеводороды
в т. ч. парафино-нафтеновые
ароматические
в т. ч. моноциклические
бициклические
полициклические
смолы I
смолы 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 исследования физико-химических свойств нефтяных остатков показали, что они являются тяжелыми (плотность равна 1007…1056 кг/м3 (от +22 до +45 °C). Все остатки в своем составе практически не имеют фракций, выкипающих до 360 °C. Исключение составляют более легкие и менее вязкие крекинг-остатки – КЗ, КА и мазут МЗ, содержание выкипающих до 350 °C фракций, в которых достигает 7…18 % масс, а температура застывания – от минус 6 до +14 °C.

Сравнительная оценка группового углеводородного состава тяжелых остатков показала, что все они являются высокоароматизированными соединениями (48,2…65,3 % масс.) с высоким содержанием смолистых веществ (3,6…29,0 % масс.) и асфальтенов (4,4…14,9 % масс.) табл. 5.

Таблица 5. Физико-химические свойства нефтяных остатков прямой перегонки и процесса деасфальтизации
из западносибирской и арланской нефтей
ПоказательГудроныАсфальтитМазут
ГЗГААМЗ
Плотность при 20 °C,
кг/м3
96010261056937
Вязкость условная
при 80 °C, °ВУ
при 100 °C, °ВУ

1,84

не течет

не течет

Коксуемость, %10,1014,8119,046,05
Зольность, %0,020,020,070,11
Массовая доля серы, %2,353,752,982,25
Массовая доля механических примесей, %0,020,030,080,005
Температура вспышки, °C134273308176
Температура застывания, °C22274514
Фракционный состав:
начало кипения, °C
до 300 °C выкипает, % об.
до 350 °C выкипает, % об.
до 400 °C выкипает, % об.
до 420 °C выкипает, % об.
до 450 °C выкипает, % об.
до 480 °C выкипает, % об.
до 500 °C выкипает, % об.

255
1
2
3
5
8
17
40

390


4

10

18

468






3

268

7
20
27
39

Групповой углеводородный состав, % масс.:
углеводороды
в т. ч. парафино-нафтеновые
ароматические
в т. ч. моноциклические
бициклические
полициклические
смолы I
смолы 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 насыщенным этими соединениями является мазут МЗ, не подвергнутый высокотемпературной деструктивной переработке. Все исследуемые нефтяные остатки отличаются высоким содержанием серы, которая составляет от 2,0 до 3,8 % масс.

Таким образом, проведенные исследования показали, что тяжелые остатки атмосферно-вакуумной и деструктивной переработки нефти, а также процесса деасфальтизации гудрона представляют собой высококонденсированные и высокоароматизированные системы, содержащие значительное количество высокомалекулярыне асфальто-смолистых и сернистых соединений, могут быть использованы в качестве базовых компонентов судовых высоковязких топлив.

Исследование физико-химических свойств и группового углеводородного состава легких и тяжелых дистиллятов прямой перегонки нефти и вторичных процессов

С целью снижения температуры застывания, вязкости и доведения других показателей качества нефтяных остатков до требуемых норм в качестве разбавителей были использованы легкие и тяжелые дистилляты прямой перегонки и вторичных крекинг-процессов, вырабатываемые на технологических установках АО «Ново-Уфимский НПЗ», «Уфанефтехим» и «Уфимский НПЗ»: атмосферно-вакуумной перегонки, каталитического и термического крекингов, висбрекинга и замедленного коксования. Результаты исследования их физико-химических свойств и группового углеводородного состава приведены в табл. 6…8.

Поскольку все три НПЗ перерабатывают одну и ту же смесь западносибирских сернистых нефтей и высокосернистую арланскую нефть на типовых технологических установках, физико-химические свойства вырабатываемых на них легких и тяжелых дистиллятов близки.

Для сравнения дана качественная характеристика негидроочищенных дизельных фракций прямой перегонки нефти и легких и тяжелых дистиллятов вторичных крекинг-процессов.

Легкие газойли каталитического крекинга (ЛГКК) и замедленного коксования (ЛГЗК) представляют собой маловязкие и низкозастывающие (температура застывания -11…-39 °C) дистилляты с невысоким значением коксуемости (0,03…0,10 % по массе) и плотности (883…890 кг/м3 при 20 °C) табл. 6.

Таблица 6. Характеристика средних дистиллятных фракций прямой перегонки и крекинг-процессов, вырабатываемых на НУНПЗ
ПоказателиЛегкий газойль замедленного коксования
(ЛГЗК)
Легкий газойль каталитического крекинга
(ЛГКК)
Прямогонная дизельная фракция с ABI-3
(ПДФ)
Крекинг-флегма

(КА)

Вязкость условная, °ВУ
при 20 °C
1,21,211,321,1
Зольность, %0,00150,0040,0015
Массовая доля механических примесей, %отсутств.0,004отсутств.0,004
Температура вспышки, °C100806472
Температура застывания, °C-11-39-22-30
Массовая доля серы, %1,51,10,62,7
Коксуемость, %0,0360,050,0110,11
Массовая доля воды, %отсутств.отсутств.отсутств.
Плотность при 20 °C, кг/м3890883884910
Фракционный состав:
начало кипения, °C
10 % перегоняется при
температуре, °C
50 % перегоняется при температуре, °C
90 % перегоняется при
температуре, °C
конец кипения, °C
190
262

315
353
382

184
210

278
292
300

160
206

272
357
382

193
85/320

90/350
96/350
365

Групповой углеводородный состав, % масс. :
парафино-нафтеновые ароматические
в т. ч.: легкие
средние
тяжелые
смолы
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) крекинг-флегмы (КФ) процесса висбрекинга может привести к низкому значению вспышки опытных образцов судового высоковязкого топлива. Поэтому крекинг-флегма была утяжелена перегонкой на аппарате APH-2 с получением фракций с пределами выкипания 180…360 °C. Выход этой фракции от исходной составил 82 % по массе, температура вспышки в закрытом тигле +72 °C (табл. 7).

Таблица 7. Характеристика тяжелых газойлей вторичных крекинг
ПоказательУфанефтехимНово-Уфимский НПЗ
Тяжелый газойль каталитического крекингаТяжелый газойль каталит. крекингаТяжелый газойль замедленного коксования
Плотность при 20 °C,
кг/м3
904918978
Вязкость условная, °ВУ
при 20 °C
при 50 °C

1,7
7,6
8,26
Соответствующая ей кинематическая, мм2
при 20 °C
при 50 °C

8,8
15,36
5,74

Температура застывания, °C+22+12+12
Массовая доля серы, %1,91,383,77
Коксуемость, %1,11,10,66
Фракционный состав:
начало кипения, °C
10 % выкипает при температуре, °C
50 % выкипает при температуре, °C
90 % выкипает при температуре, °C
до 300 °C выкипает, % об.
до 360 °C выкипает, % об.
до 400 °C выкипает, % об.
конец кипения, °C
210



5
35
84
429

200
268

360
412



448

220
340

382
432



460

Групповой углеводородный состав, % масс.:
парафино-нафтеновые
ароматические
в т. ч. моноциклические
бициклические
полициклические
смолы I
смолы 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) по сравнению с другими разбавителями имеют более высокие температуры застывания (+12…+22 °C) и большие значения плотности (904…918 кг/м3 при 20 °C) и вязкости (5,74…8,80 °ВУ при 50 °C).

Исследование группового углеводородного состава этих разбавителей показало, что содержание ароматических углеводородов в ЛГКК составляет 43…46 % масс. против 46…48 % масс. соответственно в ТГКК и КФ. Характерно отметить, что бициклические ароматические углеводороды в ЛГКК и ЛГЗК составляют примерно 40…50 % и в КФ – 65 %, тогда как в ТГКК более 50 % ароматических углеводородов представлены полициклическими ароматическими углеводородами (табл. 8).

Таблица 8. Характеристика КГФ, вырабатываемых на установке замедленного коксования и каталитического крекинга НУНПЗ
ПоказателиКГФ замедленного коксованияКГФ каталитического крекинга
Плотность при 20 °C,
кг/м3
946874
Вязкость кинематическая, мм2
при 20 °C
при 50 °C
14,46
5,20
4,74
2,43
Температура вспышки, °C+90+84
Температура застывания, °C+10-6
Коксуемость, %0,460,40
Массовая доля серы, %2,351,98
Содержание твердых парафинов (-21 °C), %1,431,40
Температура плавления, °C5548
Фракционный состав:
начало кипения, °C
10 % выкипает при температуре
50 % выкипает при температуре
90 % выкипает при температуре
конец кипения
до 300 °C выкипает, % об.
до 360 °C выкипает, % об.
до 400 °C выкипает, % об.
до 420 °C выкипает, % об.
до 450 °C выкипает, % об.

220
238
322
426
464
42
64
81
86
95

200
214
270
387
416
63
85
94

Групповой углеводородный состав, % масс.:
парафино-нафтеновые
ароматические
в т. ч.: легкие
средние
тяжелые
смолы
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 своему углеводородному составу и распределению ароматических углеводородов по группам керосино-газойлевая фракция (КФГ) каталитического крекинга и коксования близки к тяжелым газойлям этих процессов.

Наиболее тяжелыми и вязкими дистиллятами среди исследуемых нефтепродуктов следует считать газойли процесса замедленного коксования с Ново-Уфимского НПЗ, которые отличаются при этом хорошими низкотемпературными свойствами (см. табл. 6 и 7). Это обусловлено повышенным содержанием ароматических углеводородов (46,5 % масс.) и смол (2,6 % масс.) по сравнению с дистиллятами каталитического крекинга. Однако существенным недостатком газойлей замедленного коксования является самое высокое содержание в них сернистых соединений. В легком газойле коксования оно составляет 3,45 % масс., в тяжелом газойле – 3,77 % против 1,1 и 1,9 % в легком и тяжелом каталитическом газойлях соответственно.

Таким образом, приведенная оценка качества вторичных газойлей показала возможность их использования в составе судовых высоковязких 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 топливо судовое высоковязкое, получаемое из среднедистиллятных фракций и нефтяных остатков прямой перегонки и деструктивных процессов. Топливо судовое высоковязкое предназначено для применения в судовых энергетических установках иностранного производства, эксплуатация которых предусмотрена на топливах, соответствующих международному стандарту ISO/DIS-F-8217-87.

Разработка технических условий на топливо судовое высоковязкое проводилась на основе технико-эксплуатационных требований потребителя, предъявляемых к новому виду тяжелых (остаточных) моторных топлив. В зависимости от условий применения устанавливаются при марки судового высоковязкого топлива. По физико-химическим показателям топлива судовые высоковязкие (СВЛ, СВТ, СВС) должны соответствовать требованиям и нормам, ранее приведенным в табл. 3.

Разрабатываемые судовые высоковязкие топлива: легкое, тяжелое и сверхтяжелое планируется вырабатывать из газойлей и остаточных фракций деструктивных процессов с минимальным вовлечением в их состав продуктов прямой перегонки нефти. Это позволит сократить потребление на водном транспорте дефицитных дизельных фракций путем их замены продуктами глубокой переработки нефти.

По основным показателям качества судовые топлива приближаются к моторным топливам ДТ, ДМ, флотскому Ф-5 и Ф-12, экспортному М-2,0 и М-2,5 мазутам, топливу технологическому экспортному 3-4,0 и 3-5,0 и топочным мазутам марок 40 и 100, используемым в настоящее время в судовых энергетических установках.

Внедрение высоковязких топлив позволит провести унификацию всех сортов топлив, используемых на водном транспорте. Вместо применяемых в настоящее время 11 марок остаточных топлив предполагается выпустить 3 марки судового высоковязкого топлива, что облегчит работу нефтеперерабатывающих и бункерующих предприятий.

Разрабатываемые судовые высоковязкие топлива по применению и качеству не уступают, а по некоторым показателям превышают аналогичные сорта топлив, выпускаемых в соответствии с ISO/DIS-F-8217 (см. табл. 2).

В 1983 г. УГНТУ 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 выработаны при опытные партии топлива, которые прошли с положительными результатами эксплуатационные испытания на судах Латвийского и Балтийского морских пароходств.

В 1987 г. УГНТУ совместно с теми же организациями разработал вторые технические условия ТУ 38.3011113-87 на опытно-промышленные партии топлива судового высоковязкого.

Две опытно-промышленные партии, выработанные на НУНПЗ, с положительными результатами испытаны на судах Латвийского и Балтийского морских 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 их применения на отечественных судах и судах зарубежной постройки со среднеоборотными и малооборотными дизельными двигателями.

В 1990 г. УГНТУ, ВНИИНП, НУНПЗ, ЦНИИМФ разработали постоянно действующие технические условия ТУ 38.1011314-90 (взамен ТУ 38.1011113-87) на серийный выпуск судового высоковязкого топлива.

Исследование и разработка компонентного состава судового высоковязкого топлива в соответствии с требованиями ТУ 38.1011113-90

Технология производства судового высоковязкого топлива разрабатывалась исходя из существующего набора технологических установок на данном нефтеперерабатывающем предприятии с учетом перспектив его дальнейшего развития.

В основу разработки технологии получения компаундированных судовых высоковязких топлив были положены результаты всесторонних физико-химических, структурно-механических и остаточных фракций прямой перегонки нефти и вторичных процессов и их компаунд.

В качестве дистиллятных фракций были использованы легкие и тяжелые газойли, а также их балансовые смеси – керосино-газойлевые фракции (КГФ) деструктивных процессов: замедленного коксования, каталитического и термического крекингов, висбрекинга и прямой перегонки нефти. А в качестве остаточных компонентов высоковязких судовых топлив – тяжелые нефтяные остатки: гудроны ГЗ и ГА, крекинг-остатки дистиллятный – ДКО и остаточные – КЗ и КА, а также остаточный крекинг-остаток после его вакуумной перегонки – ВКО. Качественная характеристика возможных компонентов судового высоковязкого топлива приведена в пункте «Изучение физико-химических свойств и углеводородного состава предполагаемых компонентов судовых топлив» выше.

Основными показателями качества, ограничивающими содержание в топливной композиции нефтяных остатков являются; вязкость и температура застывания, коксуемость и зольность, содержание серы и механических примесей, массовая доля ванадия, плотность.

В связи с этим проведены исследования физико-химических свойств различных топливных компаундов во всем диапазоне концентраций нефтяных остатков в смеси (от 0 до 100 % по массе) и выбраны оптимальные компонентные составы судовых топлив.

Исследование свойств и подбор компонентного состава судового высоковязкого топлива с использованием вторичных продуктов деструктивных процессов

С целью определения оптимального компонентного состава судового высоковязкого топлива трех марок СВЛ, СВТ и СВС было исследовано изменение основных качественных показателей средних и тяжелых дистиллятных фракций в зависимости от количества вводимых нефтяных остатков. На рис. 1 и 2 показана зависимость температуры застывания КГФ замедленного коксования и каталитического крекинга от количества вводимых в смесь нефтяных остатков. Характерно отметить, что крекинг-остатки резко снижают температуру застывания КГФ коксования, при этом наибольшей активностью обладает ДКО. Остаточный крекинг-остаток также снизил температуру застывания коксового газойля (рис. 1).

КГФ замедленного коксования
Рис. 1 Зависимость температуры застывания КГФ замедленного коксования от количества нефтяных остатков.
1 – дистиллятный крекинг-остаток (ρ420 = 1,087); 2 – смесь дистиллятного и остаточного крекинг-остатков (ρ420 = 1,033); 3 – остаточный крекинг-остаток (ρ420 = 0,980); 4 – гудрон (ρ420 = 0,972)

Депрессорное действие смеси на этих остатков (1:1) повышается и находится почти на одном уровне с эффективностью действия чистого ДКО. Гудрон депрессорными свойствами не обладает (рис. 2).

КГФ каталитического крекинга
Рис. 2 Зависимость температуры застывания КГФ каталитического крекинга от количества нефтяных остатков.
1 – дистиллятный крекинг-остаток (ρ420 = 1,087); 2 – остаточный крекинг-остаток (ρ420 = 0,980); 3 – смесь крекинг-остатков (1:1) (ρ420 = 1,033); 4 – гудрон (ρ420 = 0,972)

Отсюда 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. 3 и 4 показана зависимость качественных показателей КГФ деструктивных процессов от количества вводимых ДКО и КО.

Показатели КГФ каталитического крекинга
Рис. 3 Зависимость качественных показателей КГФ каталитического крекинга от количества дистиллятного крекинг-остатка (ρ420 = 1,087).
1 – вязкость; 2 – коксуемость; 3 – зольность; 4 – содержание серы

Смесь, на основе КГФ замедленного коксования в состав которой входит до 60 % ДКО, вполне удовлетворяет требованиям норм по вязкости и соответствует 21,7 °ВУ против 40 °ВУ при 80 °C.

Зависимость показателей КГФ от крекинг-остатка
Рис. 4 Зависимость качественных показателей КГФ каталитического крекинга от количества остаточного крекинг-остатка (ρ420 = 0,980).
1 – вязкость; 2 – коксуемость; 3 – зольность; 4 – содержание серы

Надо отметить, что содержание серы в смеси снижается с увеличением процентного содержания в ней ДКО за счет меньшего содержания серы в исходном крекинг-остатке (2,95 %) по сравнению с содержанием ее в самой исходной КГФ замедленного коксования (3,68 %). Зольность топливной смеси повышается с увеличением концентрации в ней ДКО (рис. 5).

Зависимость показателей КГФ от смеси с ДКО
Рис. 5 Зависимость качественных показателей КГФ каталитического крекинга от количества смеси крекинг-остатка остаточного с дистиллятным (1:1) (ρ420 = 1,033).
1 – вязкость; 2 – коксуемость; 3 – зольность; 4 – содержание серы

Основным показателем, ограничивающим содержание в смеси нефтяных остатков, является их коксуемость. Поэтому, содержание ДКО в смеси не должно быть более 60 %, при таком компонентном составе коксуемость равна 9,68 % против 10 % по норме. Установлена аналогичная зависимость качественных показателей КГФ от содержания остаточного крекинг-остатка, смеси его с ДКО (см. рис. 5), а также смеси, полученной из КГФ и гудрона 50:50 (рис. 6).

Смеси полученные из КГФ и гудрона
Рис. 6 Зависимость качественных показателей КГФ каталитического крекинга от количества гудрона (ρ420 = 0,972).
1 – вязкость; 2 – коксуемость; 3 – зольность; 4 – содержание серы

На основании проведенных исследований в лабораторных условиях были получены опытные образцы судового высоковязкого топлива. Предлагаются опытные образцы следующего состава:

Физико-химические свойства указанных опытных образцов топлива приведены в табл. 9.

Таблица 9. Компонентный состав и качество опытных образцов судового высоковязкого топлива, полученных на базе нефтяных остатков и КГФ замедленного коксования
ПоказателиОбразец 1Образец 2Образец 3Образец 4
КГФКГФ – 70 %
ДКО + КО
(1:1) – 30 %
КГФ – 50 %
КО – 50 %
КГФ – 50 %
гудрон – 50 %
Вязкость условная
при 50 °C, °ВУ
1,272,011,341,79
Массовая доля механических примесей, %0,0360,0520,030,048
Зольность, %0,0030,0150,0340,021
Коксуемость, %0,275,447,084,34
Массовая доля серы, %2,562,562,442,49
Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °C+90+100+94+92
Температура застывания, °C-14-42-28-2
Плотность при 20 °C, кг/м3952971976959
Фракционный состав:
начало кипения, °C
до 300 °C перегоняется, %
до 350 °C перегоняется, %
до 400 °C перегоняется, %
до 420 °C перегоняется, %
до 480 °C перегоняется, %
до 500 °C перегоняется, %








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 свойства опытных образцов, можно сказать, что они по своим качественным показателям: 1, 2, 4 – выдерживают нормы как на «легкое» так и на «тяжелое» топливо, а образец 3 из-за повышенной коксуемости (7,08 %) удовлетворяет требованиям только на «тяжелое» СВТ.

Далее на основе КГФ каталитического крекинга были составлены и исследованы физико-химические свойства опытных образцов судового высоковязкого топлива следующего состава:

Физико-химические свойства указанных опытных образцов представлены в табл. 10

Таблица 10. Компонентный состав и качество опытных образцов судового высоковязкого топлива, полученные на базе нефтяных остатков и КГФ каталитического крекинга
ПоказателиОбразец 5Образец 6Образец 7Образец 8
КГФ 70 % КГФ
30 % ДКО
50 % КГФ
50 % КО
50 % КГФ
50 % гудрон
Вязкость условная, °ВУ,
при 50 °C
1,171,211,783,59
Массовая доля серы, %1,201,681,761,81
Массовая доля механических примесей, %0,010,020,050,04
Зольность, %0,0090,0130,0360,024
Коксуемость, %0,156,47,024,3
Температура вспышки, °C82828282
Температура застывания, °C+5-30-15+10
Плотность при 20 °C, кг/м3898967991993
Фракционный состав:
начало кипения, °C
до 300 °C выкипает, %
до 350 °C выкипает, %
до 400 °C выкипает, %
до 420 °C выкипает, %
до 480 °C выкипает, %
до 500 °C выкипает, %

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 опытных образцов СВТ, полученных на базе КГФ каталитического крекинга, практически не отличаются от образцов, полученных из КГФ замедленного коксования.

Исследование и разработка компонентного состава судового высоковязкого топлива на базе сернистых и высокосернистых остатков прямой перегонки и деасфальтизации

В связи с увеличением доли тяжелых сернистых и высокосернистых нефтей в общем объеме добываемых и перерабатываемых нефтей, большой практический и теоретический интерес представляло составление и исследование топливных композиций из гудронов (или асфальтов) и легких газойлей термодеструктивных процессов. Качественная характеристика опытных образцов СВТ представлена в табл. 11…13. В результате проведенных исследований разработан компонентный состав унифицированного топлива для судовых дизелей СВЛ марки «легкое»:

  1. гудрон из смеси сернистых западносибирских нефтей – 70 %, легкий коксовый газойль – 30 %;
  2. гудрон из высокосернистой арланской нефти (или асфальт) – 60 %, легкий коксовый (или каталитический) гайзоль – 40 %.
Таблица 11. Физико-химические свойства опытных образцов СВТ на основе гудрона
из смеси сернистых западносибирских нефтей, вырабатываемых на НУНПЗ
ПоказательТУ 38.301121-63 на СВТ маркиОбразец 1Образец 2
легкоетяжелоеГЗ – 70 %
ЛГЗК – 30 %
ГЗ – 80 %
ЛГЗК – 20 %
Вязкость условная, °ВУ
при 50 °C, не более
при 80 °C, не более

10
3,5

40
8

13
3,8

40
8,0
Соответствующая ей кинематическая вязкость, мм2
при 50 °C, не более
при 80 °C, не более
80
25
300
62

300
62
Массовая доля серы, % не более3,04,02,52,6
Температура застывания, °C не выше1025-15-6
Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °C не менее618094100
Коксуемость, % не более12186,06,5
Зольность, % не более0,10,150,0350,042
Массовая доля механических примесей, %, не более0,20,30,030,038

 
Разработан состав топлива для судовых дизелей СВТ марки «тяжелое»:

  1. гудрон из смеси сернистых западносибирских нефтей – 80 %, легкий коксовый газойль – 20 %;
  2. гудрон из высокосернистой арланской нефти (или асфальт) – 70 %, легкий коксовый газойль – 20 %.
Таблица 12. Физико-химические свойства опытных образцов СВТ на основе гудрона арланской нефти, вырабатываемых на НУНПЗ
ПоказательОбразец 3Образец 4
ГА – 60 %
ЛГЗК – 40 %
ГА – 70 %
ЛГЗК – 30 %
Вязкость условная, °ВУ,
при 50 °C
при 80 °C

9,5
3,0

17
6,6
Соответствующая ей кинематическая вязкость, мм2
при 50 °C
при 80 °C
70,2
20,6
126
40,8
Массовая доля серы, %2,83,2
Коксуемость, % 2,83,2
Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °C 93100
Температура застывания, °C -20-15
Массовая доля механических примесей, %0,0350,045
Зольность, % 0,0300,042

 
По своим физико-химическим свойствам топливные композиции отвечают предъявляемым к ним технико-эксплуатационным требованиям.

Таблица 13. Физико-химические свойства опытных образцов СВТ на основе асфальта пропановой деасфальтизации гудронов, вырабатываемых на НУНПЗ
ПоказательОбразец 5Образец 6
А – 60 %
ЛГКК – 40 %
А – 70 %
ЛГКК – 30 %
Вязкость условная, °ВУ
при 50 °C
при 80 °C

18
6,8

40
8,0
Соответствующая ей кинематическая вязкость, мм2
при 50 °C
148300
Массовая доля серы, %2,42,3
Температура застывания, °C -15-12
Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °C 9497
Коксуемость, %10
Зольность, %0,080,05
Массовая доля механических
примесей, %
0,040,025
Плотность при 20 °C, кг/м3961973

 
Отличительной особенностью опытных образцов являются их хорошие низкотемпературные свойства. Так, температура застывания СВЛ марки «легкое» для всех образцов топлив составила -15…-20 °C, СВТ марки «тяжелое» – -6…-15 °C. Подобный эффект можно объяснить депрессорным действием асфальтенов, входящих в состав тяжелых нефтепродуктов, достаточно хорошо описанным в многочисленных работах ряда авторов. Как видно (табл. 14), лучшими низкотемпературными свойствами обладают опытные образцы судового высоковязкого топлива на основе асфальта (второй отбор) процесса деасфальтизации, концентрация которого в топливной смеси не превышает 50…60 % масс. Их температура застывания составляет -31…-33 °C.

Таблица 14. Физико-химические свойства опытных образцов СВТ, полученных на основе асфальта (второй отбор) и легкого коксового газойля
ПоказательАсфальтОбразец 7Образец 8Образец 9
А – 50 %
ЛГЗК – 50 %
А – 60 %
ЛГЗК – 40 %
А – 70 %
ЛГЗК – 30 %
Вязкость условная, °ВУ
при 50 °C
при 100 °C

выше 200
4
10
35
Массовая доля механических примесей, %0,0330,0220,0240,026
Зольность, %0,070,030,040,05
Массовая доля серы, %2,982,302,432,57
Температура вспышки, °C334879195
Температура застывания, °C45-33-31-15
Коксуемость, %16,58,39,911,7
Массовая доля воды, %отсутств.
Плотность при 20 °C, кг/м31056941950962
Фактор устойчивости против расслоения на фазы, Фу0,950,950,78
Групповой углеводородный состав, % масс.:
масла, в т. ч.
парафино-нафтеновые
ароматические:
легкие
средние
тяжелые
смолы (спиртотолуольные)
асфальтены
карбены, карбоиды
74,5





16,1
6,6
2,8


16,95
56,55
5,65
25,76
25,54
18,53
7,43
0,09
Открыть таблицу в новой вкладке

 
Судовое высоковязкое топливо на прямогонной основе характеризуется также невысоким содержанием зольных примесей. Его коксуемость и массовая доля серы находятся на уровне требуемых норм.

Таким образом на основании экспериментальных физико-химических исследований разработаны компонентные составы унифицированных марок высоковязких топлив для судовых дизелей средней и малой оборотности на базе тяжелых остатков прямой перегонки и пропановой деасфальтизации гудронов, а также средних дистиллятов термодеструктивных процессов.

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Февраль, 27, 2023 333 0
Добавить комментарий

Текст скопирован
Пометки
СОЦСЕТИ