123377 (Модификация котельных топлив отходами спиртопроизводства)

Содержание

Введение

1. Аналитический обзор

   1. Разновидности и основные характеристики жидких котельных топлив

      1. Виды котельных топлив

      2. Основные эксплуатационные характеристики

   2. Модификации котельных топлив. Основные направления и цели

      1. Композиция котельного топлива и дистиллятных фракций

      2. Модификация котельного топлива пиролизной смолой

      3. Вода, как модификатор котельного топлива

      4. Композиция из котельного топлива и нефтяного шлама

   3. Способы промышленного производства пищевого этилового спирта

      1. Сивушное масло

      2. Отходы производства этилового спирта и способы их утилизация

2. Цели и задачи

3. Экспериментальная часть

   1. Характеристика сырья и материалов

   2. Технический анализ модифицированных топлив

      1. Определение фракционного состава

      2. Определение содержания серы

      3. Определения условной вязкости

      4. Определение коксуемости по методу Конрадсона

      5. Определение температуры вспышки в закрытом тигле

   3. Модификация котельного топлива

      1. Приготовление и исследование композиций топлив

      2. Определение низшей теплоты сгорания

4. Результаты и обсуждение

5. Выводы

Список использованных источников

Приложение А. Стандартизация

Введение

В связи с увеличением доли тяжёлых сернистых и высокосернистых нефтей в общем объёме добываемых и перерабатываемых, а также направлением на дальнейшее расширение ресурсов котельных топлив за счёт углубления переработки нефти, была изучена возможность рационального использования сивушного масла, процессов получения пищевого этилового спирта в составе котельных топлив.

А так же, из года в год проявляется устойчивая тенденция к росту цен на нефть, а значит и продуктов ее переработки. Это вызывает активные поиски альтернативных видов более дешевого жидкого топлива.

К котельным топливам относят топочные мазуты марок 40 и 100, вырабатываемые по ГОСТ 10585-99, к тяжелым моторным топливам - флотские мазуты Ф-5 и Ф-12 по ГОСТ 10585-99.В общем балансе перечисленных топлив основное место занимают мазуты нефтяного происхождения.

Печное бытовое топливо предназначено для сжигания в отопительных установках небольшой мощности, расположенных непосредственно в жилых помещениях, а также в теплогенераторах средней мощности, используемых в сельском хозяйстве для приготовления кормов, сушки зерна, фруктов, консервирования и других целей.

Топочные мазуты марок 40 и 100 изготовляют из остатков переработки нефти. В мазут марки 40 для снижения температуры застывания до 10°С добавляют 8-15 % среднедистиллятных фракций, в мазут марки 100 дизельные фракции не добавляют. Флотский мазут марки Ф-5 получают смешением продуктов прямой перегонки нефти: в большинстве случаев 60-70 % мазута прямогонного и 30-40 % дизельного топлива с добавлением депрессорной присадки. Допускается использовать в его составе до 22 % керосиногазойлевых фракций вторичных процессов, в том числе легкого газойля каталитического и термического крекинга. Флотский мазут марки Ф-12 вырабатывают в небольших количествах на установках прямой перегонки нефти.

Литературный поиск возможных видов компонентов топлива показал, что наиболее подходят для промышленного сжигания, отходы производств, вырабатывающих этиловый спирт. В нашей работе были использованы хвостовые примеси. Хвостовые примеси имеют более высокую температуру кипения, чем этиловый спирт, а летучесть – меньшую. Сюда относят высшие спирты, главным образом, изоамиловый, изобутиловый, пропиловый. Часть хвостовых примесей малорастворима в воде и имеет маслянистый вид. Поэтому хвостовые погоны называют сивушным маслом.

Хвостовые погоны нормируются по ГОСТ 17071 – 91 «Масло сивушное». Данный стандарт распространяется на сивушное масло, являющееся побочным продуктом ректификации этилового спирта и служащее сырьем для химической промышленности и технических целей [3].

Средняя теплотворная способность сивушного масла 32 ± 2 МДж/кг. Стоимость 1 литра сивушного масла в ценах 2006 года 0,7 рубля без налога на акциз. Выработка концентрата головных примесей этилового спирта составляет до 20 тонн в месяц, сивушного масла – до 5 тонн в месяц на одном предприятии, вырабатывающем спирт.

Дешевизна отходов спиртового производства делает актуальным их использование как добавки к котельному топливу.

Нужно отметь так же, что учитывая производительность данных компонентов, в промышленных масштабах, например на НПЗ, не имеет смысла создание подобных композиционных топлив, т.к. масштабы производства котельного топлива и сивушного масла не соизмеримы. Этот метод использования такого рода отходов подходит скорее целенаправленной части потребителей, которым важны только достоинства полученного продукта.

В данной работе проводились исследования эксплуатационных свойств композиционного котельного топлива, компонентами которого являются:

1. Котельное топливо по ГОСТ 10585-99 (в дальнейшем, топливо)

2. Сивушное масло по ГОСТ 17071 – 91.

Каждый компонент является сложной смесью различных веществ. Однако по существующей технологии производства спирта из одного сырья (в данном случае патоки) при исследовании свойств композиционного топлива мы допускали, что в определенных пределах каждый компонент является псевдочистым.

2. Аналитический обзор

1. Разновидности и основные эксплуатационные характеристики жидких котельных топлив

Котельное топливо - это самое крупнотоннажное и массовое топливо, вырабатываемое для котельных агрегатов электростанций, технологических печей (в металлургической, химической, нефтеперерабатывающей промышленности, в сельском хозяйстве), судовых котельных установок и тихоходных дизелей. Котельное топливо вырабатывается как многокомпонентное топливо на основе остатков перегонки нефти, термокрекинга и висбрекинга.

Компонентами котельных топлив являются:

• мазут первичной перегонки (или гудрон выше 480 °С);

• крекинг-остаток термокрекинга и висбрекинга;

• тяжелые газойли каталитического крекинга, термокрекинга и коксования;

• отходы масляного производства (асфальты, экстракты, гачи);

• легкие газойли (250-360 °С) любого вторичного процесса.

Общая выработка котельных топлив составляет в настоящее время в России около 60 млн т/год/

1. Виды котельных топлив

Топочные мазуты выпускаются по ГОСТ 10585-99. Они бывают:

• легкие (флотские) марок Ф-5 и Ф-12 (для судовых дизелей и котельных установок);

• средние марки М-40 (топочное и печное топливо общего назначения);

• тяжелые марки М-100 (топочное и печное общего назначения).

Печные топлива выпускаются по ГОСТ 14298-79 марок МП, МП-1 и МПВА (для металлургических печей), различающихся по содержанию серы и коксуемости.

Экспортные технологические топлива марок Э-2, Э-3, Э-4 и Э-5 маловязкие, с добавлением до 25 % дизельного топлива.

1. Основные эксплуатационные характеристики

Основные физико-химические свойства котельных топлив.

Вязкость - основной показатель, входящий в обозначение марок. Вязкостью определяются:

• распыление топлива (т.е. полнота его сгорания);

• условия слива и налива при транспортировке топлива;

• схема топливных систем у потребителя (обогрев, перекачка, гидравлические сопротивления при транспортировке топлива по трубопроводам, эффективность работы форсунок).

От вязкости в значительной мере зависят скорость осаждения механических примесей при хранении, а также способность топлива отстаиваться от воды. В ряде спецификаций указывают вязкость, найденную экспериментально и пересчитанную в кинематическую. На практике часто используют вязкостно-температурные кривые. С повышением температуры различие в вязкости топлив существенно уменьшается. Вязкость не является аддитивным свойством и при смешении различных котельных топлив ее следует определять экспериментально.

Нормы по вязкости при 50 °С составляют от 5 до 12°ВУ (36 и 89 мм2/с), а при 80 °С для М-40 и М-100 - 8 и 16 °ВУ (59 и 118 мм2/с). Экспортные топлива - более маловязкие и для них допускается вязкость ВУ80 не более 2-5°ВУ. Котельные и тяжелые моторные топлива являются структурированными системами, поэтому при сливно-наливных операциях для их характеристики помимо ньютоновской вязкости необходимо учитывать реологические свойства (напряжение сдвига и динамическую вязкость). Для всех остаточных топлив характерна аномалия вязкости: после термической обработки или механического воздействия повторно определяемая вязкость при той же температуре оказывается ниже начальной.

Содержание серы - важнейший показатель топлива, определяющий работу топок и печей. Содержание серы в остаточном топливе зависит от класса перерабатываемой нефти (сернистая или высокосернистая) и определяется соотношением:

S_ост = S_неф (ρ_ост / ρ_неф – 1)*1.25

где S_ост и S_неф - содержание серы в остатке и нефти; ρ_ост и ρ_неф - относительные плотности остатка и нефти.

Тяжелые топлива не содержат меркаптановой серы, поэтому продукты их сгорания менее коррозионно-активны, чем продукты сгорания светлых сернистых нефтепродуктов.

Вредное влияние серы проявляется в трех аспектах. Во-первых, это образующиеся при ее сгорании оксиды S0₃ и S0₂. Наличие в газах S0₃ повышает температуру начала конденсации влаги - точку росы. Она повышается на 50-60 °С при повышении содержания серы от 0 до 2 %. А поскольку температура "хвостовых" поверхностей котлов, печей и т.д. (воздухоподогревателей, экономайзеров) равна точке росы дымовых газов, на этих поверхностях конденсируется серная кислота, которая вызывает усиленную коррозию. Во-вторых, в металлургических печах оксиды серы реагируют с расплавленным металлом, ухудшая его качество (особенно легированного металла). В-третьих, оксиды серы, выброшенные в атмосферу, сильно загрязняют окружающую среду. По этим трем причинам, в ряде зарубежных стран приняты ограничения по содержанию серы в мазутах до уровня 0,5-1,0 %. Обессеривание мазутов очень сложно технологически, особенно если учесть, что количества их очень велики, очистка же дымовых газов от оксидов серы - не менее сложный процесс и поэтому он не внедряется. Ниже приведены нормы по содержанию серы в котельных топливах, полученных из разных нефтей:

Из малосернистых нефтей…………….. 0,5-1,0

Из сернистых нефтей………………….. 2,0

Из высокосернистых нефтей………….. 3,5

Если учесть, что котельных топлив сжигается в год около 60 млн т, то выбросы S02 и S03 составляют около 2 млн т в год, а это грозит плохой экологической обстановкой для человечества. [2]

Температура застывания, как и вязкость, характеризует условия транспортировки, слива и налива, перекачивания топлива и топливоподготовки. Нормы температуры застывания для разных марок топочных мазутов таковы(°С):

Ф-5 …………… - 5

Ф-12 ………….. – 8

М-40 ………….. + 10

М – 100 ……….. + 25

МП …………… + 25

МП-1 …………. + 30

Эта температура зависит от качества перерабатываемой нефти и от способа получения топлива. Большое влияние на температуру застывания оказывает температура нагрева, скорость охлаждения, наличие или отсутствие перемешивания. Для снижения температуры застывания применяют депрессорные присадки, действие которых основано на том, что они модифицируют структуру кристаллизирующегося парафина и тем самым препятствуют образованию прочной кристаллической решетки. Эффективность действия депрессорной присадки зависит прежде всего от содержания н-парафинов и их температуры плавления: чем их больше, тем менее эффективен депрессатор. Наибольшее депрессорное действие оказывает присадка на асфальто-смолистые вещества, и чем их больше, тем больше депрессорное действие присадки.

Температура вспышки определяет пожарную безопасность топлива в котельных установках и местах хранения. При разогреве топлив в открытых хранилищах и местах хранения не рекомендуется нагревать их до температуры вспышки. Максимальная температура нагрева должна быть не менее чем на 15⁰С ниже температуры вспышки.