Темные — общее название всех типов мазутов и дистиллятных масел. К этой категории также относится битум, гудрон и вакуумный газойль, то есть продукты нефтепереработки, состоящие из тяжелых остатков фракционирования нефти. Как следует из названия, все они имеют темный цвет. Чем они различаются и как их производят?
1. Мазут
Одна из основных разновидностей тяжелого жидкого топлива — топочные мазуты. Они используются в котельных агрегатах электростанций, в технологических печах в металлургической, химической, нефтеперерабатывающей промышленности и сельском хозяйстве, в судовых котельных установках, газовых турбинах.
Хотя мазутом называют остатки первичной перегонки нефти, топочный мазут — это, как правило, многокомпонентное топливо, в которое, помимо прямогонного мазута, добавляют фракции, оставшиеся после процессов крекинга и висбрекинга, тяжелые газойли каталитического крекинга, термокрекинга и коксования, отходы масляного производства, легкие газойли вторичных процессов.
Вязкости мазута в соответствии со стандартами помогает поддержать добавление более легких дистиллятов. Вязкость мазута может варьироваться в значительных пределах, а потому это важнейший показатель качества котельных и тяжелых моторных топлив, который положен в основу маркировки мазута. Вязкость влияет на выбор способа сливных и наливных операций при его отгрузке, на их продолжительность, на условия транспортировки продукта, эффективность работы форсунок двигателя, распыляющих топливо.
Еще одна важная характеристика — коксуемость топлива, способность образовывать твердый углеродистый осадок на деталях топливной системы при нагревании без доступа воздуха. Высокий показатель коксуемости нежелателен для котельных топлив, так как с ним связано повышенное отложение кокса возле устья форсунок, из-за чего искажается форма факела, ухудшается распыление топлива, оно сгорает не полностью.
Последнее десятилетие потребление мазута в мире перманентно уменьшалось. Предполагается, что эта тенденция сохранится и дальше. Причина тому — высокое содержание вредных веществ в попадающих в атмосферу продуктах сжигания этого топлива и увеличение глубины переработки нефти.
2. Битум
Битум — один из наиболее распространенных и древнейших строительных материалов. В эпоху неолита природный, образовавшийся естественным путем в местах выхода нефти на поверхность битум начали использовать для изготовления посуды раньше, чем глину. Для строительства его широко применяли в Древнем Шумере, на территории которого других строительных материалов было немного. Битум смешивали с песком и гравием и из этой массы изготавливали кирпичи. Также он использовался для гидроизоляции, при строительстве каналов, оросительных систем, дорог, как связующее вещество при создании мозаик.
Нефтяной битум — полутвердый или твердый продукт. Однако он представляет собой аморфное вещество. Это значит, что в твердом состоянии он не кристаллизуется, а при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, постепенно размягчаясь. Твердый битум ведет себя как очень густая жидкость. Это демонстрирует эксперимент, начатый в 1927 году в Университете Квинсленда (Австралия). Нагретый битум налили в стеклянную воронку с запечатанной трубкой. Через три года воронку распечатали, и битум начал медленно вытекать через трубку. Первая капля упала в 1938 году, вторая — в 1947-м. Эксперимент продолжается до сих пор, к настоящему моменту из воронки вытекло девять капель вещества.
Битумных озер — естественных источников битума на поверхности земли, которые имели бы промышленное значение, в мире осталось мало. Битумосодержащую породу сегодня добывают в карьерах и шахтах, при помощи скважин идет добыча сверхвязкой битуминозной нефти. Кроме того, битум получают из остаточных продуктов нефтепереработки: гудронов*, асфальтов деасфальтизации, экстрактов селективной очистки масляных фракций и др.
Чтобы улучшить качество нефтяного битума, в гудроны и тяжелые остатки переработки мазута добавляют до 30% других продуктов. Без добавок вяжущие становятся хрупкими и теряют эластичность. Современные битумные материалы — полимерно-битумные вяжущие — производятся на основе обычных битумов с добавлением полимеров типа СБС (стирол-бута-диен-стирол) и пластификатора. По сравнению с традиционными продуктами они обладают повышенной сопротивляемостью к деформации, лучше себя ведут при высоких и низких температурах, более долговечны.
Сегодня область применения битума — дорожное строительство, производство кровельных, гидроизоляционных материалов, резиновая, лакокрасочная, кабельная промышленность. Дорожный битум служит вяжущим между каменными составляющими асфальтобетонной смеси — основного материала для строительства дорог.
* Гудрон — вязкая жидкость или твердый асфальтоподобный продукт черного цвета. Представляет собой остаток после отгонки из нефти фракций, выкипающих свыше 450°C. Используется для производства дорожных, кровельных и строительных битумов, малозольного кокса, смазочных масел, мазута, горючих газов.
3. Смазочные масла
Смазочные масла уменьшают коэффициент трения между трущимися поверхностями, снижают интенсивность изнашивания, защищают металлы от коррозии, охлаждают трущиеся детали, уплотняют зазоры между ними.
Продукты перегонки нефти впервые стали использовать как смазку в 70-х годах XIX века. Американец Джон Эллис, пытаясь найти нефти медицинское применение, обнаружил, что она обладает хорошими смазочными свойствами. Вскоре ему удалось произвести масло, которое было значительно более эффективным при высоких температурах, чем традиционно применяемые животные и растительные жиры.
Базовые масла бывают минеральными (очищенные продукты переработки нефти), синтетическими (их составляющие получены путем органического синтеза из более простых углеводородных соединений) и полусинтетическими (смеси первых и вторых). Минеральные масла получают из продуктов вакуумной перегонки мазута (фракции с температурой кипения 350—400°C, 400—450°C, 450—500°C) и деасфальтизации* гудрона жидким пропаном.
Синтетические масла появились значительно позже, чем минеральные. Их разработка началась в середине XX века для нужд авиации, а в 1970-х годах синтетику стали применять и для автомобильных моторов.
Синтетические масла отличаются тем, что их вязкость меньше меняется при изменении температуры. Кроме того, у них ниже температура застывания, выше стойкость к окислению, они лучше переносят нагрузки. Впрочем, есть и недостатки: они могут вызывать усадку резиновых уплотнений и коррозию сплавов цветных металлов. Товарные масла получают добавлением к базовым специальных присадок. Это позволяет изменить их свойства, усилить преимущества и сократить недостатки.
Синтетические масла отличаются тем, что их вязкость меньше меняется при изменении температуры. Кроме того, у них ниже температура застывания, выше стойкость к окислению, они лучше переносят нагрузки. Впрочем, есть и недостатки: они могут вызывать усадку резиновых уплотнений и коррозию сплавов цветных металлов. Товарные масла получают добавлением к базовым специальных присадок. Это позволяет изменить их свойства, усилить преимущества и сократить недостатки.
4. Сажа и кокс
Из нефти также получают технический углерод (сажу), кокс. Сажа — это мелкие частицы углерода. Это продукт неполного сгорания или термического разложения (нагрева без доступа воздуха) углеводородного сырья — высокоароматизированных фракций нефти, природных и попутных газов. Технический углерод используют при производстве резины, пластмасс и некоторых сплавов, а также черных пигментов для полиграфической и лакокрасочной промышленности.
Кокс, как и сажа, преимущественно состоит из углерода. Он применяется при выплавке алюминия, изготовлении химической аппаратуры, работающей в условиях агрессивных сред, в ракетной технике и других областях. Кокс получают из нефтяных остатков (гудронов, крекинг-остатков, тяжелых газойлей, остатков масляного производства и т. п.) с помощью коксования — разновидности процесса глубокого термического крекинга, при котором из тяжелых нефтяных остатков окончательно удаляются все легкие и относительно легкие фракции углеводородов.
Заинтересовала статья? Оставляйте свои комментарии - нам важно знать ваше мнение!
Оригинал статьи и другие материалы об энергетике читайте на сайте журнала «Энергия+».
