X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Основные сведения

Керосин – горючая смесь жидких углеводородов (от C₈ до C₁₅) с температурой кипения в интервале 150-250 °C, прозрачная, бесцветная (или слегка желтоватая), слегка маслянистая на ощупь, получаемая путём прямой перегонки или ректификации нефти. В XIX веке, из-за широкого распространения продуктов перегонки углей, часто применялось название «фотоген».

В зависимости от химического состава и способа переработки нефти, из которой получен керосин, в его состав входят:

предельные алифатические углеводороды – 20-60 %;

нафтеновые углеводороды – 20-50 %;

бициклические ароматические – 5-25 %;

непредельные углеводороды – до 2 %;

примеси сернистых, азотистых или кислородных соединений.

Марка и соответственно качество керосина, определяют от количества лёгких фракций, то есть, чем меньше ароматических углеводородов, но больше алифатических, тем выше качество.

Получают керосин путём перегонки или ректификации нефти, а также вторичной переработкой нефти. При необходимости применяется гидроочистка [1,2].

Виды

Выделяют 4 вида керосина:

авиационный (авиакеросин);

ракетный;

технический;

осветительный.

Авиационный керосин [3]

Авиационный керосин – это моторное топливо для газотурбинных двигателей различных летательных аппаратов. Представляет собой керосиновые фракции прямой перегонки нефти, часто с гидроочисткой и добавкой комплекса присадок для улучшения эксплуатационных свойств.

Авиационный керосин делится на дозвуковой и сверхзвуковой. Это деление представлено марками выпускаемого керосина.

Авиационные реактивные топлива проходят в общей сложности до 8 ступеней контроля качества, а в Российской Федерации, кроме того, и приёмку военным представителем.

Авиационный керосин служит не только моторным топливом в турбовинтовых и турбореактивных двигателях летательных аппаратов, но также и хладагентом в различных теплообменниках (топливно-воздушные радиаторы ТВР) и применяется для смазывания многочисленных движущихся деталей топливных и двигательных систем. Поэтому он должен обладать хорошими противоизносными и низкотемпературными свойствами, высокой термоокислительной стабильностью и большой удельной теплотой сгорания. В двигателях сверхзвуковых самолётов моторное топливо (представленное керосином) также служит рабочей жидкостью в гидроцилиндрах системы регулирования проходного сечения реактивного сопла (подвижных створок) и управления поворотным соплом в двигателях с управляемым вектором тяги. Также реактивные топлива широко применяются в качестве растворителя при техническом обслуживании воздушных судов, очистке от загрязнений ручным либо машинным способом (например, в ультразвуковой установке для очистки фильтров в качестве рабочей жидкости применяется авиакеросин).

Производится 5 марок дозвукового керосина: ТС-1, Т-1, Т-1С, Т-2 и РТ, для сверхзвуковой – две: Т-6 и Т-8В. Массовым топливом в настоящее время является топливо ТС-1 (высшего и первого сортов) и топливо РТ (высшего сорта).

1. ТС-1

Получают прямой перегонкой сернистой нефти (целевая фракция – 150-250 ºC). В случае высокого содержания серы и меркаптанов проводят гидроочистку или демеркаптанизацию, после чего используют в смеси с прямогонной фракцией. Содержание гидроочищенного компонента ограничивают концентрацией 70 % для предотвращения снижения противоизносных свойств топлива. Наиболее распространённый вид авиакеросина для дозвуковой авиации. Используется как в военной, так и в гражданской технике. Также применяется для обогащения методом флотации.

2. Т-1

Продукт прямой перегонки малосернистой нефти нафтенового основания с пределами выкипания 130-280 ºС. Содержит большое количество нафтеновых кислот и имеет высокую кислотность, поэтому его подвергают защелачиванию с последующей водной промывкой для удаления образующихся в результате защелачивания натриевого мыла нафтеновых кислот.

Наличие значительного количества гетероатомных соединений, в основном кислородсодержащих, обусловливает, с одной стороны, относительно хорошие противоизносные свойства и достаточно приемлемую химическую стабильность топлива, с другой – низкую термоокислительную стабильность.

Длительный опыт применения топлива Т-1 в авиации показал, что вследствие его низкой термоокислительной стабильности имеют место повышенные смолистые отложения в двигателе на основных типах самолётов гражданской авиации (ТУ-154, ИЛ-62, ИЛ-76), в результате чего резко (почти в 2 раза) сокращаются сроки службы двигателя. Производство топлива Т-1 очень ограничено, и его вырабатывают только по первой категории качества.

3. Т-1С

Продукт перегонки малосернистой нефти нафтенового основания с пределами выкипания 130-280 ºC. содержит большое количество нафтеновых кислот, из-за чего имеет высокую кислотность, поэтому после выделения фракции из нефти её подвергают защелачиванию с последующей водной промывкой. Гетероатомные нафтеновые соединения, содержащиеся в топливе, обеспечивают хорошие противоизносные свойства и химическую стабильность, с другой стороны, топливо имеет очень низкую термоокислительную стабильность. Длительные испытания показали, что у него похожая проблема с отложениями в двигателе, поэтому его также выпускают только первого сорта и очень ограниченно.

Сырьём для производства могут служить дефицитные сорта нефти с ничтожным содержанием серы (нефти Северного Кавказа и Азербайджана).

4. Т-2

Продукт перегонки нефти широкого фракционного состава – 60-280 ºC. содержит до 40 % бензиновых фракций, что приводит к высокому давлению насыщенных паров, низкой вязкости и плотности. Повышенное давление насыщенных паров обуславливает вероятность образования паровых пробок в топливной системе самолёта, что ограничивает высоту его полёта. Топливо не производится и является резервным по отношению к ТС-1 и РТ.

5. РТ

Получают гидроочисткой прямогонных керосиновых фракций с пределами выкипания 135-280 ºC. В результате гидроочистки снижается содержание серы и меркаптанов, но также ухудшаются противоизносные свойства и химическая стабильность. Для предотвращения этого в топливо вводят противоизносные и антиокислительные присадки.

Топливо РТ полностью соответствует международным нормам, превосходя их по отдельным показателям. Оно имеет хорошие противоизносные свойства, высокую химическую и термоокислительную стабильность, низкое содержание серы и почти полное отсутствие меркаптанов. Топливо может храниться до 10 лет и полностью обеспечивает ресурс работы двигателя.

6. Т-6

Получают путём глубокого гидрирования прямогонных фракции 195-315 ºC, полученных из подходящей нафтеновой нефти. Используется в сверхзвуковой авиации в основном ВВС РФ. На топливе Т-6 летал Ту-144 и был случай преждевременного исчерпания ресурсов двигателей из-за заправки обычным авиатопливом.

7. Т-8В

Представляет собой гидроочищенную фракцию с пределами выкипания 165-280 ºC. В случае нафтеновой малосернистой нефти, допускается использовать прямогонную фракцию без гидроочистки. Используется в сверхзвуковой авиации в основном ВВС РФ.

Присадки:

антистатическая

Многолетним опытом эксплуатации отечественного и зарубежного воздушного транспорта доказано, что при перекачке топлива или при заправке самолётов возможно накопление статического электричества. Из-за непредсказуемости процесса в любой момент существует опасность взрыва. Для борьбы с этим опасным явлением в топливо добавляют антистатические присадки. Они увеличивают электропроводность топлива до 50 пСм/м, что обеспечивает безопасность заправки самолётов и перекачки топлива.

За рубежом используют присадки ASA-3 (Shell) и Stadis-450 (Innospec). В России получила распространение присадка «Сигбол», допущенная к добавлению в топливо ТС-1, Т-2, РТ и Т-6 в количестве до 0,0005 %.

противоводокристаллизационная

При заправке топливом с температурой -5…+17 ºC за 5 часов полёта температура в баке снижается до -35 ºC. При таких температурах из топлива выпадают кристаллы льда, забивающие топливные фильтры, что может привести к прекращению подачи топлива и остановке двигателя. Уже при содержании воды 0,002 % (масс.) начинают забиваться самолётные фильтры с диаметром пор 12-16 мкм.

Для предотвращения выпадения кристаллов льда из топлива при низких температурах в топливо вводят противоводокристаллизационные присадки непосредственно в месте заправки самолёта. В качестве таких присадок широко используют этилцеллозольв (жидкость «И») по [5], тетрагидрофуран (ТГФ) по [7] и их 50 %-е смеси с метанолом (присадки «И-М», ТГФ-М). Такие присадки могут добавляться практически в любое топливо.

антиокислительная

Вводятся в гидроочищенное топливо (РТ, Т-6, Т-8В) для компенсации сниженной в результате гидроочистки химической стабильности. В России применяют присадку «Агидол-1» (2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол) по ТУ 38.5901237-90 в концентрации 0,003-0,004 %. В таких концентрациях он почти полностью предотвращает окисление топлива, в том числе при повышенных температурах (до 150 ºC).

противоизносная

Предназначена для восстановления противоизносных свойств топлива, потерянных в результате гидроочистки. Вводится в то же топливо, что и антиокислительная присадка. В России применяют присадку «Сигбол» и композицию присадок «Сигбол» и ПМАМ-2 (полиметакрилатного типа). Для топлива РТ часто используются присадка «К» (ГОСТ), которая по эффективности соответствует присадке «Сигбол», а также, ввиду дефицита присадки «К», – присадка «Хайтек-580» фирмы «Этил».

Ракетный

Керосин применяется в ракетной технике в качестве экологически чистого углеводородного горючего, и, одновременно, рабочего тела гидромашин. Использование керосина в ракетных двигателях было предложено Циолковским в 1914 году. Для повышения плотности, и, тем самым, эффективности ракетной системы, топливо часто переохлаждают. В СССР в ряде случаев использовался синтетический заменитель керосина, синтин, позволявший поднять эффективность работы двигателя, разработанного под керосин, без существенных изменений в конструкции.

Среди ракетного топлива керосин классифицируется как жидкий тип топлива.

В ракетах для запуска космических аппаратов в настоящее время, в основном, используются четыре вида топлива, среди которых смесь керосин + жидкий кислород – популярное, дешёвое топливо с развитой и отработанной линейкой двигателей и топливной инфраструктурой. Имеет неплохую экологичность.

Ракетный керосин можно отнести к подвиду авиационного: выпускается под такими же марками, разница только в области применения.

Технический

Технический керосин – керосин, используемый в специфических областях производства благодаря особому способу получения и, как результат, характерным свойствам. Является наиболее универсальным из всех видов керосина.

Технический керосин отличается пониженным содержанием примесей, в том числе примесей, в том числе ароматических углеводородов и серы. Чтобы достичь требуемой для технического керосина концентрации примесей, а именно 7 % ароматических углеводородов и до нескольких десятых процента серы, исходный керосин, получаемый из нефти методом её ректификации, подвергают глубокому гидрированию или специальной очистке, основанной на применении водородосодержащих веществ.

Технический керосин используют как сырьё для пиролитического получения этилена, пропилена и ароматических углеводородов, в качестве топлива в основном при обжиге стеклянных и фарфоровых изделий, как растворитель при промывке механизмов и деталей. Деароматизированный путём глубокого гидрирования керосин используется как растворитель в производстве ПВХ полимеризацией в растворе. В керосин, используемый в моечных машинах, для предупреждения накопления зарядов статического электричества добавляют присадки, содержащие соли магния и хрома.

Этому керосину соответствует [4] «Керосин для технических целей». Имеет 2 марки: КТ-1 и КТ-2.

Осветительный

Керосин такого типа в основном применяют в керосиновых или в калильных лампах, в качестве растворителя, топлива для разного типа кухонных плит (керогаз, керосинка, примус), а также в отоплении и керосинорезках (ГОСТ 4753-68). Качество такого керосина в лампах определяется в основном высотой некоптящего пламени. Существенное влияние на ВНП оказывает само качество и состав керосина. Улучшению его качеств может содействовать гидроочистка.

Для этого керосина предусмотрены 2 ГОСТа: ГОСТ 11128-65 «Керосин осветительный из сернистых нефтей» и ГОСТ 4753-68 «Керосин осветительный».

Есть 4 марки: КО-30, КО-25, КО-22, КО-20. Требования по ГОСТу у них отличаются в показателях плотности и температур, но содержание серы у них одинаковое.

Автотракторный

В начале развития двигателей внутреннего сгорания керосин широко применялся как топливо для дизельных и карбюраторных двигателей внутреннего сгорания в сельхозмашинах. Но октановое число керосина низкое (ниже 50), поэтому двигатели были с низкой степенью сжатия (4,0-4,5, не более). Так как испаряемость керосина хуже, чем у бензина, запустить холодный двигатель было сложнее. Поэтому тракторы первой половины XX века, работавшие на керосине, имели дополнительный (малый) бензиновый топливный бак. Холодный двигатель запускался на бензине, после его прогрева до рабочей температуры тракторист переключал карбюратор на керосин.

В наши дни практически не используется. Для него было создано несколько ГОСТов: ГОСТ 1842-46 «Керосин тракторный. Технические условия», ГОСТ 3131-50 «Керосин тракторный. Технические условия», ГОСТ 4917-49 «Керосин тракторный высокооктановый облегчённый. Технические условия» и другие.

Применение

Керосин применяют как реактивное топливо, горючий компонент жидкого ракетного топлива, горючее при обжиге стеклянных и фарфоровых изделий, для бытовых нагревательных и осветительных приборов, в аппаратах для резки металлов, как растворитель (например, для нанесения пестицидов), сырьё для нефтеперерабатывающей промышленности. Керосин может использоваться как заменитель зимнего и арктического дизтоплива для дизельных двигателей, однако необходимо добавить противоизносные и цетаноповышающие присадки; цетановое число керосина около 40, но ГОСТ требует не менее 45. Для многотопливных двигателей (на основе дизельного двигателя) возможно кратковременное применение чистого керосина и даже бензина АИ-80. Зимой допускается добавление до 20 % керосина в летнее дизельное топливо для снижения температуры застывания, при этом не ухудшаются эксплуатационные характеристики. Также керосин – основное топливо для проведения огненных представлений из-за хорошей впитываемости и относительно низкой температуры горения. Применяется также для промывки механизмов, для удаления ржавчины. Керосин долгое время был народным средством избавления от вшей (педикулёз; в этом случае могли смешивать с мыльным раствором) и постельных клопов, но сейчас это широко не распространено. Также он используется для лечения дифтерии.

Список литературы

1. Ахметов С.А.. Технология глубокой переработки нефти и газа: Учебное пособие для вузов. Уфа.: Гилем, 2002. – 672 с.

2. Ахметов С.А. Лекции по технологии глубокой переработки нефти в моторные топлива: Учебное пособие. – СПб.: Недра, 2007. – 312 с.

3. ГОСТ 10227 – 2013. Топлива для реактивных двигателей. Технические условия. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200107836/ (дата обращения: 12.03.2018). 4. ГОСТ 18499 – 73. Керосин для технических целей. Технические условия. URL: http://internet-law.ru/gosts/gost/59512/ (дата обращения: 11.03.2018). 5. ГОСТ 8313 – 88. Этилцеллозольв технический. Технические условия. URL: https://elarum.ru/info/standards/gost-8313-88/ (дата обращения: 11.03.2018).

6. ГОСТ 17477 – 86. Спирт тетрагидрофурфуриловый. Технические условия.URL: http://docs.cntd.ru/document/1200020592 (дата обращения: 11.03.2018).

Код для цитирования: Скопировать