Химический состав нефти и бензина

Контрольная работа по эксплуатационным материалам

Химический состав нефти. Влияние каждого из компонентов на качество нефти

Нефть (через тур. neft, от перс. нефт; восходит к аккадскому напатум — вспыхивать, воспламенять), горючая маслянистая жидкость со специфическим запахом, распространенная в осадочной оболочке Земли; важнейшее полезное ископаемое. Нефть образуется вместе с газообразными углеводородами обычно на глубине более 1,2−2 км; залегает на глубинах от десятков метров до 5−6 км. Однако на глубинах св. 4,5−5 км преобладают газовые и газоконденсатные залежи с незначит. количеством легких фракций нефти. Макс. число залежей нефти располагается на глубине 1−3 км. Вблизи земной пов-сти нефть преобразуется в густую мальту, полутвердый асфальт и др.

Нефть представляет собой сложную смесь различных соединений углерода с водородом. По элементному составу она содержит 83−87% углерода, 11…14% водо-рода, 0,1…1,2% кислорода, 0,02…1,7% азота и 0,01…5,5% серы. По внешнему виду нефть — маслянистая жидкость, от темно-коричневого до желтого цветов, плотно-стью 0,75…1,03 г/см.

Нефть имеет органическое происхождение. Исходными веществами для обра-зования нефти послужили органические соединения, представляющие собой про-дукты распада растительных и животных организмов.

Основную массу вещества нефти составляют углеводороды 3-х главных групп: парафиновые (алканы), нафтеновые (цикланы) и ароматические (арены), которые как по количеству, так и по свойствам различаются для нефтей разного происхожде-ния. В нефти содержатся также незначительные количества кислородных и азоти-стых соединений.

Парафиновые углеводороды. Общая эмпирическая формула СnН2n+2 объединяет газообразные углеводороды, начиная с метана СH4, жидкие, начиная с пентана C5H12, и твердые (Нпарафины), начиная с гексадекана С16Н34 Газообразные и твердые уг-леводороды способны растворятся в жидких, из которых, могут вновь выделятся га-зообразные (при повышении температуру или увеличения давления) и твердые (при понижении температуры).

Молекулы парафиновых углеводородов имеют неразветвленные цепи атомов углерода. Сами углеводороды носят название нормальных. Указанные, углеводо-роды устойчивы к реакциям окисления. Однако с повышением., температуры за 250…300°С окислительные процессы у Нпарафинов значительно интенсифициру-ются.

Кроме Нпарафинов, в нефтепродуктах находятся также изомерные углеводо-роды (Ипарафины), которые имеют иное пространственное расположение атомов. Ипарафины при умеренной температуре проявляют более высокую способность вступать в окислительные реакции, но с увеличением температуры эта способность замедляется, и в области высоких температур Ипарафины оказываются более стой-кими, чем Нпарафины. Для обеспечения мягкой работы дизельного двигателя важны Н-парафины, а для создания высоких противодетонационных свойств бензи-нов для карбюраторных двигателей важное значение имеют Ипарафины. Парафи-новые углеводороды имеют высокую температуру застывания, поэтому их присутст-вие в зимних сортах дизельных топлив и смазочных масел допускается в незначи-тельных количествах.

Общее содержание парафиновых углеводородов в нефти и продуктах ее пере-работки составляет около 50…60%, причем наиболее высокое их содержание прихо-дится на фракции, выкипающие до 150 °C.

Нафтеновые углеводороды имеют цикличное строение, поскольку в их моле-кулы входят замкнутые кольца атомов углерода, соединенные между собой про-стыми валентными связями.

В легких топливных фракциях нефти содержатся моноциклические нафтеновые углеводороды, молекулы которых включают в себя по одному кольцу из пяти или шести атомов углерода. Общая эмпирическая формула моноцикланов СnН2n. Пред-ставители моноцикланов — циклопентан C5H10 и циклогексан C6H12. У более сложных нафтеновых углеводородов в молекулы входят, кроме циклического ядра, одна или несколько боковых цепей, представляющих собой радикалы парафиновых цепных углеводородов. Имея одно и то же число атомов в молекулах, нафтены могут содер-жать большое количество изомерных структур, которые различаются между собой расположением и строением боковых цепей.

Нафтеновые углеводороды в сравнении с парафиновыми при одинаковой моле-кулярной массе в области невысоких температур устойчивее к реакциям окисления, но несколько уступают Налканам. При повышении температуры (около 400 °C и выше) цикланы превосходят Нпарафины по стойкости к окислительным реакциям и приближаются к Ипарафинам.

Нафтеновые углеводороды обладают низкими температурами застывания, яв-ляются ценным компонентом зимних сортов топлив и масел. Хорошая устойчивость к окислению при высоких температурах делает эти углеводороды необходимой со-ставной частью топлив для карбюраторных двигателей, улучшая их противодетона-ционные качества.

Содержание нафтеновых углеводородов в нефти составляет 20…30% и может быть несколько большим.

Ароматические углеводороды (арены) имеют шестичленное циклическое ядро. Молекула ароматического углеводорода бензола имеет вид С6Н6.

В легкие фракции нефтей и нефтепродуктов входят моноциклические углево-дороды с общей эмпирической формулой CnH2n-6, в составе которых одна или не-сколько боковых парафиновых цепей. Арены в зависимости от количества и распо-ложения боковых цепей образуют изомерные соединения.

В более тяжелых фракциях наряду с вышеуказанными содержатся бицикличе-ские и полициклические ароматические углеводороды, в молекулы которых входят несколько взаимоконденсированных колец или же кольца, соединенные между со-бой промежуточными цепями. Ароматические углеводороды обладают высокой термической устойчивостью к реакциям окисления, но вступают в реакцию замеще-ния с сохранением бензольного ядра. Ароматические углеводороды обладают боль-шей вязкостью, плотностью и температурой кипения в сравнении с цикланами и ал-канами при той же молекулярной массе. С понижением температуры вязкость аре-нов резко возрастает, что отрицательно сказывается на свойствах смазочных мате-риалов.

Ароматические углеводороды устойчивы к реакциям образования перекисей, что повышает противодетонационные свойства карбюраторных топлив. Арены вы-зывают увеличение периода задержки самовоспламенения дизельного топлива, что способствует жесткой работе дизельного двигателя.

В нефти содержание ароматических углеводородов составляет 10…30%. Коли-чество ароматических углеводородов возрастает по мере повышения температуры кипения отдельных фракций нефти, доходя до 30…35% во фракциях с температурой 250…300°С.

В процессе термической переработки нефти образуются также непредельные углеводороды, которые характеризуются наличием двойных или тройных связей между углеродными атомами. Наиболее часто встречаются в нефтепродуктах оле-финовые углеводороды (алкены) со структурной формулой СnН2n с одной двойной связью (например, этилен С2H4). Распространены также и диолефиновые углеводо-роды (алкадиены) со структурной формулой СnН2n-2, которые имеют две двойные связи (бутадиен С4H6).

Наличие двойных связей в молекулах алкенов и алкaдиенов способствует их повышенной химической активности. Они легко окисляются и имеют склонность к реакциям присоединения и уплотнения (полимеризации). Чем больше число двой-ных связей в молекуле и выше температура, тем интенсивнее протекает процесс окисления. В результате полимеризации образуются высокомолекулярные смоли-стоасфальтовые вещества, из-за чего непредельные углеводороды в большинстве случаев нежелательны для моторного топлива и смазочных масел. Малая стабиль-ность непредельных углеводородов является следствием смолообразования в топ-ливе при хранении, особенно в крекингбензинах.

Органические кислоты — это соединения, содержащие кислород. Основными ор-ганическими кислотами, содержащимися в нефти и нефтепродуктах, являются наф-теновые кислоты, относящиеся к карбоновым кислотам. Нафтеновые кислоты не вызывают коррозию черных металлов, но с цветными металлами (особенно с цин-ком и свинцом) взаимодействует интенсивно, образуя соли.

В результате окислительных процессов в нефтепродуктах образуются также ок-сикислоты, в молекулах которых, кроме карбоксильной, присутствует гидроксиль-ная группа ОН.

Смолисто-асфальтовые вещества являются сложными соединениями углерода, водорода, кислорода, иногда серы. Они подразделяются на нефтяные смолы, ас-фальгены, карбены и карбоиды и кислые нефтяные смолы.

Нейтральные смолы — это полужидкие тягучие вещества, темно-желтого или коричневого цветов, обладающие сильной окрашивающей способностью. Плотность около 1,0 г/см3. Элементный состав 80…85% С, 10% Н, 5,.10% О. Смолы легко рас-творяются в нефтепродуктах.

Асфальгены представляют собой темно-бурые или черные твердые вещества, также обладающие сильной окрашивающей способностью. Плотность их более 1 г/см3. В асфальгенах по сравнению со смолами несколько больше содержится угле-рода и меньше водорода. Они растворяются в тяжелых фракциях нефти (масляных) и нефтяных смолах, образуя коллоидные растворы. Асфальгены при нагревании выше 300 °C разлагаются.

Карбены и карбоиды, образующиеся из асфальгенов, по мере их уплотнения имеют более темный цвет. Они трудно растворимы.

Кислые нефтяные смолы (асфальгеновые кислоты и их ангидриды) — это полу-твердые или твердые вещества с плотностью более 1 г/см3 нерастворимые в бензине. Они образуются в результате окислительной полимеризации и конденсации продук-тов окисления углеводородов (кислот, оксикислот и т. п.).

Сернистые соединения образуются на основе серы, содержащейся в нефти и нефтепродуктах, могут быть в свободном или связанном видах. По влиянию на ме-таллы сернистые соединения подразделяются на две группы: активные, непосредст-венно вступающие в реакцию с металлами (сероводород H2S, сера S, различные меркаптаны), и нейтральные, которые не действуют на металл (сульфиды).

Наличие активных сернистых соединений в нефтепродуктах не допускается. Для топлив все сернистые соединения весьма нежелательны, так как в процессе сго-рания образуются сернистый и серный газы, при растворении которых в воде обра-зуются кислоты, вызывающие интенсивную коррозию деталей двигателя.

Азотистые соединения содержатся в нефти в незначительном количестве (до 0,3%) и практически могут быть удалены при очистке нефтепродуктов. Кроме рас-смотренных соединений, в нефти содержатся минеральные примеси (обычно в виде различных солей нафтеновых кислот) и вода, которые легко удаляются при отстаи-вании.

Детонационная стойкость бензина и его октановое число, методы его повышения ?

Детонационная стойкость характеризует способность автомобильных бензинов противостоять самовоспламенению при сжатии. Высокая детонационная стойкостьтоплив обеспечивает их нормальное сгорание на всех режимах эксплуатации двигателя. Процесс горения топлива в двигателе носит радикальный характер. При сжатии рабочей смеси температура и давление повышаются и начинается окисление углеводородов, которое интенсифицируется после воспламенения смеси. Если углеводороды несгоревшей части топлива обладают недостаточной стойкостью к окислению, начинается интенсивное накапливание перекисных соединений, а затем их взрывной распад. При высокой концентрации перекисных соединений происходит тепловой взрыв, который вызывает самовоспламенение топлива. Самовоспламенение части рабочей смеси перед фронтом пламени приводит к взрывному горению оставшейся части топлива, к так называемому детонационному сгоранию. Детонация вызывает перегрев, повышенный износ или даже местные разрушения двигателя и сопровождается резким характерным звуком, падением мощности, увеличением дымности выхлопа. На возникновение детонации оказывает влияние состав применяемого бензина и конструктивные особенности двигателя.

Показателем детонационной стойкости автомобильных бензинов является октановое число. Октановое число численно равно содержанию (% об.) изооктана (2,2,4,-триметилпентана) в его смеси с н — гептаном, которая по детонационной стойкости эквивалентна топливу, испытуемому на одноцилиндровом двигателе с переменной степенью сжатия в стандартных условиях на бедной рабочей смеси. В лабораторных условиях октановое число автомобильных бензинов и их компонентов определяют на одноцилиндровых моторных установках УИТ-85 или УИТ-65. Склонность исследуемого топлива к детонации оценивается сравнением его с эталонным топливом, детонационная стойкость которого известна. Октановое число на установках определяется двумя методами: моторным (по ГОСТ 511–82) и исследовательским (по ГОСТ 8226–82).

Методы отличаются условиями проведения испытаний. Испытания по моторному методупроводят при более напряженном режиме работы одноцилиндровой установки, чем поисследовательскому. Поэтому октановое число, определенное моторным методом, обычно ниже октанового числа, определенного исследовательским методом. Октановое число, полученное моторным методом в большей степени характеризует детонационную стойкость топлива при эксплуатации автомобиля в условиях повышенного теплового форсированного режима, октановое число, полученное исследовательским методом, больше характеризует бензин при работе на частичных нагрузках в условиях городской езды.

Детонационная стойкость автомобильных бензинов определяется их углеводородным составом. Наибольшей детонационной стойкостью обладают ароматические углеводороды. Самая низкая детонационная стойкость у парафиновых углеводородов нормального строения, причем она уменьшается с увеличением их молекулярной массы. Изопарафины и олефиновые углеводороды обладают более высокими антидетонационными свойствами по сравнению с нормальными парафинами. Увеличение степени разветвленности и снижение молекулярной массы повышает их детонационную стойкость. По детонационной стойкости нафтены превосходят парафиновые углеводороды, но уступают ароматическим углеводородам. Октановое число углеводородов снижается в следующем порядке:

ароматические >изопарафины > олефины > нафтены > н-парафины.

Разницу между октановыми числами бензина, определенными двумя методами, называютчувствительностью бензина. Наибольшую чувствительность имеют олефиновые углеводороды. Чувствительность ароматических углеводородов несколько ниже. Для парафиновых углеводородов эта разница очень мала, а высокомолекулярные низкооктановые парафиновые углеводороды имеют отрицательную чувствительность. Соответственно более по чувствительности (9−12 ед.) отличаются бензины каталитического крекинга и каталитического риформинга, содержащие непредельные и ароматические углеводороды. Менее чувствительны (1−2 ед.) к режиму работы двигателя алкилбензин и прямогонные бензины, состоящие из парафиновых и изопарафиновых углеводородов.

Для повышения октановых чисел товарных бензинов используют также специальныеантидетонационные присадки и высокооктановые компоненты (этиловую жидкость, органические соединения марганца, железа, ароматические амины, метил-третбутиловый эфир).

Дать заключение о возможности использования данного топлива. Как будет влиять каждое отклонение от норм ГОСТа 305−82 на работу и его износ.

нефть бензин качество октановый

С 1981 г. вырабатывают зимнее дизельное топливо марки ДЗп по ТУ 38.101 889−81. Получают его на базе летнего дизельного топлива с tп = = -5 °С. Добавка сотых долей присадки обеспечивает снижение предельной температуры фильтруемости до -15 °С, температуры застывания до -30 °С и позволяет использовать летнее дизельное топливо в зимний период времени при температуре до -15 °С.

Для применения в районах с холодным климатом при температурах -25 и -45 °С вырабатывают топлива по ТУ 38.401−58−36−92. Согласно техническим условиям получают две марки топлива: ДЗп-15/-25 (базовое дизельное топливо с температурой помутнения -15 °С, товарное — с предельной температурой фильтруемости -25 °С) и арктическое дизельное топливо ДАп-35/-45 (базовое топливо с температурой помутнения -35 °С, товарное — с предельной температурой фильтруемости -45 °С).

Экологически чистое дизельное топливо выпускают по ТУ 38.1 011 348−89. Технические условия предусматривают выпуск двух марок летнего (ДЛЭЧ-В и ДЛЭЧ) и одной марки зимнего (ДЗЭЧ) дизельного топлива с содержанием серы до 0,05% (вид I) и до 0,1% (вид II).

С учетом ужесточающихся требований по содержанию ароматических углеводородов введена норма по этому показателю: для топлива марки ДЛЭЧ-В — не более 20%, для топлива марки ДЗЭЧ — не более 10%. Экологически чистые топлива вырабатывают гидроочисткой дизельного топлива, допускается использование в сырье гидроочистки дистиллятных фракций вторичных процессов.

Городское дизельное топливо (ТУ 38.401−58−170−96) предназначено для использования в г. Москве. Основное отличие городского дизельного топлива от экологически чистого — улучшенное качество благодаря использованию присадок (летом — антидымной, зимой — антидымной и депрессорной). Добавка присадок в городское дизельное топливо снижает дымность и токсичность отработавших газов дизелей на 30−50%.Депрессорные присадки, улучшающие низкотемпературные свойства топлива представляют собой, в основном, сополимеры этилена с винилацетатом зарубежного производства.

Европейский стандарт EN 590 действует в странах Европейского экономического сообщества с 1996 г. Стандарт предусматривает выпуск дизельных топлив для различных климатических регионов. Общими для дизельных топлив являются требования по температуре вспышки — не ниже 55 °C, косуемости 10%-ного остатка — не более 0,30%, зольности — не более 0,01%, содержанию воды — не более 200 ррm, механических примесей — не более 24 ррm, коррозии медной пластинки — класс 1, устойчивости к окислению — не более 25 г осадка/м3.В 1996 г. в Европе введены ограничения на содержание серы в дизельных топливах — не более 0,05%. Таким требованиям отвечают отечественные ТУ 38. 1 011 348−89.

Указать основные ГСМ, которые используются при экспулотации автомобиля марки ВАЗ-2109.

Полная маркировка материалов и основные узлы трения

Рекомендуемый диапазон температур применения:

5W-30 — от минус 30 до плюс 20 °С

10W-30 — от минус 25 до плюс 30 °С

10W-40 — от минус 25 до плюс 35 °С

15W-30 — от минус 25 до плюс 45 °С

15W-40 — от минус 20 до плюс 45 °С

20W-30 — от минус 20 до плюс 45 °С

20W-40 — от минус 15 до плюс 45 °С

30 — от минус 5 до плюс 45 °C.

1. Автомобильные эксплуатационные материалы О. И. Манусаджянц М. «Транспорт» 1989 г.-224с.

2. Васильева Л. С Автомобильные эксплуатационные материалы — М. Транспорт, 1986.-198с.

3. Грамолин А. В., Кузнецов А. С. Топливо, масла, смазки, жидкости и материалы для эксплуатации и ремонта автомобилей. — М.: Машиностроение, 2002. — 63 с.

4. Рогозин Н. А, Папок К. К. Словарь по топливам, маслам, смазкам, присадкам и специальным жидкостямМ. Химия 1975 г.

5. Техническая эксплуатация автомобилей / Под ред. Е. С. Кузнецова. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Транспорт, 2001. — 413 с