Дизель отынының түрлері және гидротазалау ғылыми жобасы

«Атырау инженерлік-гуманитарлық институтының колледжі» мекемесі

Ғылыми жоба

Тақырыбы: Дизель отынының түрлері және гидротазалау процесі

Атырау, 2018 ж.

ЖОСПАРЫ

КІРІСПЕ

НЕГІЗГІ БӨЛІМ

2.1 Дизель отындарының түрлері

2.2 Экологиялық таза дизель отыны

2.3 Дизель отынының тұтқырлығы

2.4 Экологиялық таза дизель отындарын алу жолдары

2.5 Гидротазалау процесінің термодинамикасы, химизмі және механизмі

3.1Көмірден және мұнайдан алынған дизель отынының физико-химиялық қасиеттері

3.2 Көмірден және мұнайдан алынған дизель фракцияларын гидротазалау

ҚОРЫТЫНДЫ

ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

КІРІСПЕ

Дизель отыны – сұйық мұнай отыны. Оған, негізінен, мұнайды бірден айдау арқылы алынатын керосин-газойль фракциялары (шапшаң жүрісті дизельдер үшін) және одан гөрі ауыр фракциялар немесе мұнай өнімдерінің қалдықтары (баяу жүрісті дизельдер үшін) жатады. Дизель отыны – қайнау температурасы 180 – 3600С, тығыздығы 0,790 – 0,860 г/см3, тұтқырлығы 1,5 – 8,0 мм2/с, қоспа мөлшері (көмірсутектің күкіртті, азотты және оттекті туындылары) 4%-ға дейін болатын сұйықтық. Әр түрлі климаттық аймаққа арналып және жұмыс істеу жағдайына қарай дизель отынының арктикалық, қыстық және жаздық үш түрі шығарылады. Олар бір-бірінен қату температурасымен, фракциялық құрылымымен, т.б. көрсеткіштерімен ажыратылады. Моторлық дизель отыны: отынды қолдануға дайындау жүйесімен (қыздыру, тұндыру, айыру) жабдықталған дизельдерге және мұндай жүйемен жабдықталмаған дизельдерге арналып жасалған екі сортпен шығарылады [1].

Қазіргі кезде дизель отындарына деген талап қарқындады. Дизель отындарының сапасын жақсарту жолында еуропалық мемлекеттер көп еңбек етуде. Бұл елдерде дәл осы отындарға қатысты талаптарды қатаңдату жөніндегі концепция жасалған, әсіресе, олардың құрамындағы күкіртті заттардың (меркаптандар (R-SH), сульфидтер (R-S-R), дисульфидтер (R-S-S-R), тиофендер, тиофандар және т.б.) мөлшеріне қатысты. Бұл бағытта Швеция мемлекеті көшбасшы болып табылады, бұл ел 1990 жылдың өзінде І және ІІ классты дизель отыны үшін спецификация енгізген болатын. Швециядан соң 1993 жылы АҚШ-та CARB стандарты енгізілген, ол дизель отынындағы күкірт мөлшерін қадағалайды. Ал 1998 жылдан бастап АҚШ-тың мұнай өндейтін зауыттары құрамындағы күкірт мөлшері 50 мг/кг-нан аспайтын дизельдерді шығаратын болды. Қазіргі уақытта дүниежүзінің аздаған зауыттары ғана күкірттің ультра аз мөлшері бар дизель отындарын ала алады. ТМД елдеріндегі дизель отындарының басты бөлігі ГОСТ 305-82 «Дизельді отын. [1].

Температуралық көрсеткіштерден басқа дизель отыны құрамындағы күкірт мөлшері дизель отындарын түрлерге жіктеуде басты көрсеткіштің бірі болып табылады:

1.I сұрыпты дизель отындары үшін күкірт мөлшері 0,2 % - дан аспауы қажет;

2.II сұрыпты отын үшін 0,5 %– дан аспағаны жеткілікті;

3.А маркасы үшін 0,4 %.

ГОСТ 305-82 сәйкес дизель отындары үшін келесі шартты белгілер қабылдануы тиіс: жаздық отынды күкірт пен жарқыл температурасына сәйкес таңбалайды (Л-0,2-40), ал қыстық отынды күкірт пен қату температураларына сәйкес таңбалайды (З-0,2-минус 35), арктикалық отынды тек күкірт бойынша таңбалайды: А-0,2. ГОСТ 305-82 бойынша дизель отынын күкірт мөлшері стандартқа сәйкес келетіндей тура айдалған және гидротазаланған фракцияларды қосу арқылы алады. Гидротазалау шикізаты ретінде тура айдалған ортадистиллятты фракциялар мен екіншілік процестердің өнімдерінің қоспасы қолданылады. Әдетте, тура айдалған дизель отыны мен каталитикалық крекингтің жеңіл газойлін қолданады [1].

НЕГІЗГІ БӨЛІМ

2.1 Дизель отындарының түрлері

Қазіргі кезде дизель отындарына деген талап қарқындады. Дизель отындарының сапасын жақсарту жолында еуропалық мемлекеттер көп еңбек етуде. Бұл елдерде дәл осы отындарға қатысты талаптарды қатаңдату жөніндегі концепция жасалған, әсіресе, олардың құрамындағы күкіртті заттардың (меркаптандар (R-SH), сульфидтер (R-S-R), дисульфидтер (R-S-S-R), тиофендер, тиофандар және т.б.) мөлшеріне қатысты. Бұл бағытта Швеция мемлекеті көшбасшы болып табылады, бұл ел 1990 жылдың өзінде І және ІІ классты дизель отыны үшін спецификация енгізген болатын. Швециядан соң 1993 жылы АҚШ-та CARB стандарты енгізілген, ол дизель отынындағы күкірт мөлшерін қадағалайды. Ал 1998 жылдан бастап АҚШ-тың мұнай өндейтін зауыттары құрамындағы күкірт мөлшері 50 мг/кг-нан аспайтын дизельдерді шығаратын болды. Қазіргі уақытта дүниежүзінің аздаған зауыттары ғана күкірттің ультра аз мөлшері бар дизель отындарын ала алады.

ТМД елдеріндегі дизель отындарының басты бөлігі ГОСТ 305-82 «Дизельді отын. Техникалық жағдайлары.» бойынша шығарылады. Мұнай өндірісінде ГОСТ 305-82 бойынша физикалық және химиялық қасиеттеріне байланысты дизель отындарының үш түрлі маркасы шығарылады: Л (Ж) – жаздық, қоршаған ауа температурасы 0 °С-ден жоғары; З (Қ) – қыстық, температурасы -20 °С дейінгі аймақта қолданылады (бұл жағдайда қыстық дизель отынының қату температурасы < -35 °С мен < -25 °С аралығында болуы тиіс), немесе қыстық дизель отынының екінші түрі -30 °С дейін қолданылады (онда қату температурасы < -45 °С мен < -35 °С аралығында болуы тиіс); А - арктикалық, температурасы -50 °С дейінгі аймақта қолданылады [1].

Температуралық көрсеткіштерден басқа дизель отыны құрамындағы күкірт мөлшері дизель отындарын түрлерге жіктеуде басты көрсеткіштің бірі болып табылады:

I сұрыпты дизель отындары үшін күкірт мөлшері 0,2 % - дан аспауы қажет;

II сұрыпты отын үшін 0,5 %– дан аспағаны жеткілікті;

А маркасы үшін 0,4 %.

ГОСТ 305-82 сәйкес дизель отындары үшін келесі шартты белгілер қабылдануы тиіс: жаздық отынды күкірт пен жарқыл температурасына сәйкес таңбалайды (Л-0,2-40), ал қыстық отынды күкірт пен қату температураларына сәйкес таңбалайды (З-0,2-минус 35), арктикалық отынды тек күкірт бойынша таңбалайды: А-0,2. ГОСТ 305-82 бойынша дизель отынын күкірт мөлшері стандартқа сәйкес келетіндей тура айдалған және гидротазаланған фракцияларды қосу арқылы алады. Гидротазалау шикізаты ретінде тура айдалған ортадистиллятты фракциялар мен екіншілік процестердің өнімдерінің қоспасы қолданылады. Әдетте, тура айдалған дизель отыны мен каталитикалық крекингтің жеңіл газойлін қолданады [1].

1-кесте – Дизель отынының сипаттамалары (ГОСТ 305–82) [1]

Көрсеткіштер

Маркалар үшін стандарт шамалар

Зерттеу әдісі

Л

З

А

Цетандық саны,кем емес

ГОСТ 3122

Фракциялық құрамы:

50 % айдалу температурасы, °С,жоғары емес

ГОСТ 2177

90 % айдалу температурасы, °С,жоғары емес

20°С температурағы кинематикалық тұтқырлығы,мм2/с

ГОСТ 23

Қату температурасы, ° С,жоғары емес, келесі климаттық аймаққа тәуелді:

Қалыпты

ГОСТ 20287

Суық

Лайлану температурасы, ° С,жоғары емес, келесі климаттық аймаққа тәуелді:

Қалыпты

ГОСТ 5066

Суық

Жабық тиглдегі жарқылдану температурасы, ° С,төмен емес:

Газ турбиналары, жылутасымал-дағыш және кеме дизельдері үшін

ГОСТ 6356

Жалпы қолданылатын дизельдер үшін

Отындағы күкірттің массалық үлесі, %, аспайды:

I түр

ГОСТ 19121

II түр

Меркаптанды күкірттің массалық үлесі, %, аспайды

ГОСТ 17323

Шайырлардың мөлшері, мг/100 см3отынға, аспайды

ГОСТ 8489

Қышқылдығы, мг КОН/100 см3отынға, аспайды

ГОСТ 5985

Йод саны, I2/100 готынға,аспайды

ГОСТ 2070

Зольділігі, %,аспайды

ГОСТ 1401

10 %-дық қалдықтың кокстілігі, %,аспайды

ГОСТ 19932

Фильтрлену коэффициенті

20 ° С тығыздығы,кг/м3,аспайды

Қосымша:Л, З, А маркалары үшін отын құрамында күкіртсутек, суда еритін қышқылдар, сілтілер, механикалық қоспалар мен су болмауы тиіс.

Дизель отынын ТУ 38.401-58-110-94 бойынша экспортқа шығару үшін өндіреді. Экспортты дизель отынын тура айдалған дизель фракцияларын гидротазалау арқылы алады. Оның сапасын анықтау мақсатында отынның цетан индексін анықтайды (ал ГОСТ 305-82 бойынша цетан санын анықтайды). Одан басқа, су мен фильтрлену коэффициенттерінің орнына экспресс-әдіспен 10°С температурада отынның мөлдірлігі анықталады.

2.2 Экологиялық таза дизель отыны

Экологиялық таза дизель отынын - ТУ 38.1011348-89 бойынша шығарады. Техникалық жағдайлары бойынша құрамындағы күкірт мөлшері 0,05 % дейін болатын(I түр)және0,1 %дейін болатын (II түр) жаздық екі түрлі марка (ДЛЭЧ-ВжәнеДЛЭЧ)және қыстық бір марка (ДЗЭЧ)шығару көзделеді. Ароматикалық көмірсутектер мөлшеріне деген талаптардың күшеюіне байланысты оларға да норма енгізілді: ДЛЭЧ-В маркалы отын үшін 20 % аспайды, ДЗЭЧ маркалы отын үшін 10 % аспайды. Экологиялық таза дизель отынын дизель отындарын гидротазалау арқылы алады, гидротазалау шикізаты ретінде екіншілік процестердің дистиллятты фракцияларын қолдануға жол беріледі [6].

Қалалық дизель отыны - (ТУ 38.401-58-170-96) үлкен қалаларда қолдануға арналаған. Қалалық дизель отынының экологиялық дизель отынынан басты айырмашылығы – присадкаларды қолдану нәтижесінде жоғары сапа көрсеткіші (жазда - антитүтіндік, қыста – антитүтіндік және депрессорлы). Присадкаларды қалалық дизель отынына қосу – шығатын газдардың түтінділігі мен зиянды заттардың мөлшерін 30-50 % төмендетеді. Этиленнің винилацетатпен эфирі отынның төментемпературалы қасиеттерін жақсартатын негізгі депрессорлы присадка болып табылады [7].

Дизель отыны іштен жану қозғалтқыштарының бір түрі болып табылатын дизельді қозғалтқыштарда (ДҚ) қолданылатын, 180-360 °С температурада айдалатын ортадистиллятты фракция болып табылады. Дизель отыны гидротазалаудан өткен тура айдалған керосин-газойльді фракциядан және кокстеу мен каталитикалық крекинг газойлінің 1/5 бөлігінен тұрады. Дизель отыны, негізінен, жедел тасымалдайтын дизельдік және газтурбиналы қозғалтқыштар мен аз тұтқырлы тез жүретін және жоғары тұтқырлы баяу жүретін қозғалтқыштар үшін қолданылады. Оларда отынның жануы поршеньмен сығу нәтижесінде жоғары температураға қыздырылған ауаға отынның шашырауы нәтижесінде пайда болады [8]. Камераға ауа мен отын бөлек-бөлек беріледі, сору нәтижесінде цилиндрге таза ауа ағыны келеді, екінші рет сыққанда, ауа 3-4 МПа дейін сығылады. Сығу нәтижесінде ауа температурасы 500-700 °С-ге жетеді. Сығу соңында қозғалтқыш цилиндріне дизель отыны шашыратылады, ол жұмысшы қоспаның рөлін атқарып, өздігінен жану температурасына дейін көтеріледі, шашыратылатын отын форсункамен келеді. Шашырайтын тамшының орташа диаметрі 10-15 мкм. Дизель қозғалтқышында дизель отынының жануы төмендегі индикаторлы диаграммада жақсы көрсетілген. Индикаторлы диаграм

1 индикаторлы диаграмма – Дизельді қозғалтқыштарда отынның жануы

1,2 – өздігінен жанудың тежелу уақыты;

2,3 – тез жану фазасы;

3,4 – баяу жану фазасы;

4 және ары қарай – кеңею жолындағы жану.

Диаграммада көрініп тұрғандай жану процесі 4 сатыдан тұрады. Шашырау кезінен бастап жану камерасындағы барлық физикалық және химиялық процестер жылдамдайды, температура мен химиялық реакция жылдамдықтары артып, отын қоспасының өздігінен жануы жүзеге асады. 2 нүктесінен бастап жану процесі қарқындап, цилиндрдегі қысым күрт жоғарылайды. Ұлғаюдың алдында отын толығымен жанып бітуі тиіс, себебі отынның толық жанып бітпеуі шығарылатын газдарда улы заттардың көп болуына алып келеді [9]. Дизель отынының орташа жану жылуы 42624 кДж/кг (10180 ккал/кг). Дизельді қозғалтқыштар карбюраторлы қозғалтқыштарға қарағанда анағұрлым экономикалық тиімді болып табылады, себебі оларда отын шығымы төмен және ПӘК әлдеқайда жоғары. Бензинді қозғалтқыштардан басты артықшылығы – сағатқа есептегенде отын шығыны 25— 30% төмен. Одан басқа, дизель отыны бензинге қарағанда жарылыс пен отқа төзімді, қозғалтқыштан шығатын газдардың құрамында зиянды заттар анағұрлым аз және бағасы да арзан [8].

2.3 Дизель отынының тұтқырлығы

Дизель отынының тұтқырлығы – қозғалтқышта отынды беру мен шашыратудың басты параметрі болып табылады. Оған қоса, ол үйкелетін бөлшектер арасын майлап отырады. Ол ISO 3104 еуропалық стандартқа сай келу керек. Тұтқырлықтың төмен мәні насос пен форсункалардың бұзылуына әкеледі, яғни тығыз емес жерлерден ағып кетеді. Бірақ жоғары тұтқырлық та отынның беруін тежеп, қалыпты шашыратылуы бұзылады. Қоюланып қоспа түзілуі көбееді, отын толық жанбайды, ол…