3.6. Реактивные топлива и их свойства

3.6.1. Краткие сведения о методах получения авиационных топлив

Основным источником получения топлив является нефть. Она представляет собой темную маслянистую жидкость, состав и физикохимические свойства которой зависят от ее месторождения. Плотность нефтей в основном находится в пределах 770...840 кг/куб.м. Теплота сгорания нефти составляет 43000...45500 кДж/кг. Более 90% нефти составляют углеводороды различного состава и строения.

Различают элементарный, фракционный и групповой составы нефти.

Элементарный состав определяется химическими элементами и их составом в нефти. Основные элементы, составляющие нефть, - это углерод (84...87%) и водород (15...12%), остальные (1%) - сера, азот, кислород и некоторые другие.

Фракционный состав нефти определяется при ее разделении по температурам кипения входящих соединений. Фракцией называют часть жидкости, выкипающую в определенном интервале температур.

Групповой состав нефти определяется группами входящих в нефть углеводородов - парафиновых, нафтеновых и ароматических. При одной и той же температуре могут выкипать углеводороды, входящие в различные группы.

Парафиновые углеводороды имеют высокую химическую стабильность при хранении (т.е. не образуют смол), низкие температуры кипения, наибольшую массовую теплоту сгорания, но наименьшую плотность и объемную теплоту сгорания.

Нафтеновые углеводороды обладают высокой стабильностью при высоких температурах, большей плотностью, чем парафины, но меньшей массовой теплотой сгорания.

Являются предпочтительными для топлив и их содержание в топливе не ограничивается.

Ароматические углеводороды имеют высокую температуру кипения, наибольшую плотность, но меньшую массовую теплоту сгорания. Являются гигроскопичными, несколько более реакционно способными и при сгорании дают большое количество неполных продуктов сгорания. По этой причине содержание ароматических углеводородов в топливе ограничивается.

Кроме трех основных групп углеводородов, в нефти содержится значительная часть углеводородов, имеющая смешанное строение самого разнообразного сочетания.

Кроме углеводородов, в нефти содержатся так называемые гетероорганические соединения - сернистые, кислородные и азотистые. Присутствие этих веществ оказывает неблагоприятное влияние на эксплуатационные свойства топлив.

Сернистые соединения снижают стабильность топлив, особенно термическую, ухудшают коррозионные свойства, поэтому содержание их в топливе ограничивается (не более 0,25%). Кислородные соединения постоянно накапливаются в топливе за счет окисления нестабильных углеводородов, сернистых и азотистых соединений.

Азотистые соединения содержатся в тяжелых фракциях нефти и образуют осадки, смолы, нагар и т.п. Поэтому их содержание в топливе также ограничивается.

В качестве топлива нефть не используется. Основными способами получения топлив из нефти являются прямая перегонка и деструктивная переработка.

Прямая перегонка заключается в извлечении из нефти отдельных составных частей ее при помощи их испарения с разделением образующихся паров в ректификационной колонке и последующей их конденсации. При этом никаких химических преобразований углеводородов не происходит. Полученные в результате прямой перегонки продукты называют дистилляторами или светлыми нефтепродуктами.

Фракцию, выкипающую в диапазоне температур 30...205 град., называют бензиновой; 120...240 град. - лигроиновой; 150...315 град. - керосиновой; 150...360 град. - дизельной; 230...360 град. - газойлевой; 300...400 град. - соляркой. Остаток, не испарившейся в ректификационной колонне, представляет собой мазут - тяжелые углеводородные соединения.

При прямой перегонке нефти обычно получают: бензина - 10..15%, лигроина (дизельного топлива) - 15...20%, керосина - 15...20%, мазута - 50%.

Деструктивная переработка нефти применяется для увеличения количества выхода светлых нефтепродуктов. Она представляет собой вторичную переработку мазута и низкокачественных нефтяных фракций, при которой происходят расщепление молекул, изомеризация и др. Такой процесс называется крекингом, и он осуществляется под воздействием высоких температур и давлений, а также при участии катализаторов.

При термическом крекинге осуществляется нагрев мазута и керосиново-газойлевых фракций до температуры 450...500 град. при давлении 5 МПа без доступа воздуха. Бензиновая фракция, полученная при этом способе, содержит парафиновые, а также непредельные углеводороды, обладающие низкой химической стабильностью. Более качественные нефтепродукты получаются при католитическом крекинге, при котором пары углеводородов пропускают над катализатором, ускоряющим и направляющим ход химических реакций. Этот процесс осуществляется при температуре 300...350 град. и давлении 0,2...0,3 МПа без доступа воздуха. В качестве катализаторов применяются олюмосиликаты с добавлением окислов железа, никеля, меди и других металлов. Продукты каталитического крекинга содержат небольшое количество непредельных углеводородов, поэтому широко используются в качестве авиационных бензинов.

Основным сырьем для получения авиационных бензинов является смесь прямогонной бензиновой фракции и бензинов каталитического крекинга.

Основным сырьем для получения реактивных топлив является прямогонная лироидно-керосиновая фракция.