Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 66
Текст из файла (страница 66)
Нафтены Нафтены, общая формула которых С,Нз„относятся к насыщенным углеводородам, у которых атомы углерода связаны между собой так, что образуют кольца, а не цепи, как в случае парафинов. Названия нафтенов аналогичны названиям парафинов с тем же числом атомов углерода, но с добавлением приставки «цикле>, как, например, Циклопропан, СЗН6 Циклопентан, СаН!а Более сложные молекулы нафтенов могут быть образованы путем замены одного или нескольких атомов водорода углеводородными группами. Нафтены содержатся в дистиллятных топливах приблизительно в той же пропорции, что и парафины, т. е. в количестве от 35 до 45 676.
Они весьма близки к парафинам в отношении химической стабильности, высшей теплотворной способности и малой склонности к образованию сажи. На содержание нафтенов в топливе никаких ограничений обычно не устанавливают. Ароматические углеводороды К ароматическим углеводородам относят циклические соединения, молекулы которых содержат одно или несколько колец с шестью атомами углерода и тремя двойными связями. 22 Зак.
761 ззз Глава 9 — СФ С— [ [[ — с~~. с— С лтенаол, СаНа Более сложные молекулы группы ароматических углеводородов образуются либо путем замены одного или нескольких атомов водорода углеводородными группами, либо путем присоединения одного или нескольких колец [8[.
В качестве примера приведем — СФ' С— — СФ СГ посв !! ! [ !! ! — с~~, с — с — — с~~, с ~~с— с С С ! ! ! Толуол, СтНаСНт Нафталин, С|аНа Хотя присутствие ароматических углеводородов в топливах для газотурбинных двигателей нежелательно, в дистиллятах прямой гонки содержание их обычно настолько велико, что трудно оправдать затраты, необходимые для их удаления. Современные технические условия на авиационные топлива ограничивают содержание ароматических углеводородов в пределах 22 — 25 79 по объему [9]. ПРОИЗВОДСТВО ЖИДКИХ ТОПЛИВ ДЛЯ ГТД Первый шаг в процессе производства топлив для газотурбинных двигателей состоит в разделении сырой нефти на исходные фракции, к которым относятся бензин, дистиллятные топ- Хотя по своей структуре ароматические углеводороды подобны нафтенам, в них содержится меньше водорода, и соответственно значительно ниже величина их удельной энергии.
К другим недостаткам следует отнести заметную склонность ароматических углеводородов к образованию сажи и' большую гигроскопичность, вследствие которой при охлаждении топлива может происходить выпадение кристалликов льда. Ароматические углеводороды хорошо растворяют резиновые материалы и поэтому могут вызвать неполадки в топливных системах и самолетных топливных баках, облицованных слоем мягкой резины. Характерная формула для ароматических углеводородов СлНел е. Простейшим членом этой группы является бензол, у которого на каждый атом углерода приходится один атом водорода: 339 Топлива длв гавотурбннннв двигателей лива и мазут; эти фракции являются исходным материалом для получения различных топлив.
Разделение осуществляется методом разгонки (дистилляции) сырой нефти, который основан на том, что компоненты, входящие в состав нефти, различаются по температурам кипения. При нагреве сырой нефти вначале из нее извлекаются газообразные составляющие, главным образом метан, этан, пропан и бутан. При более высокой температуре начинают выделяться пары, которые при конденсации образуют легкие фракции, используемые при производстве бензинов. При дальнейшем повышении температуры появляются керосин, а затем промежуточные дистилляты, используемые при производстве газойля и дизельного топлива.
Остаточные продукты этого процесса используются для получения смазочных масел, парафина и битума. (Достаточно полное и ясное описание процесса разгонки сырой нефти дано в работе (8).) После разделения топлива подвергаются тщательной очистке с целью удаления нежелательных включений, улучшения цвета, запаха и стабильности при хранении и транспортировке. Таким образом улучшаются эксплуатационные качества топлив. Характер конкретных процессов, которые при этом используются, определяется свойствами сырой нефти, а они изменяются в широких пределах в зависимости от мест ее залегания.
Из некоторах сортов сырой нефти топлива, удовлетворяющие авиационным техническим условиям, могут быть получены путем прямой разгонки. При использовании нефтей из других месторождений для. достижения этого же результата потребуется провести два или три процесса специальной обработки.
Удаление сернистых соединений Из сернистных примесей в сырой нефти наибольшую озабоченность вызывают сероводород, меркаптаны и свободная сера. Прн малых концентрациях сероводород легко удаляется промыванием в сильных щелочах; при больших концентрациях наилучшим методом очистки считается джирботол-процессе, при котором сероводород абсорбируется жидким .диэтаноламином. Меркаптаны могут быть удалены промыванием едким патрон или едким кали, но обычно ограничиваются превращением их в безвредные сернистые соединения, которые могут вообще быть оставлены в топливе. В некоторых случаях применяется обработка водородом, при которой сернистые соединения реагпруютс водородом в присутствии катализатора.
Образующийся сероводород затем либо удаляется, либо абсорбируется. Хотя обычно удаление серы считается желательным, некоторые сернистые соединения способствуют улучшению смазки, и поэтому полное их удаление может привести к проблемам, связанным с заеданием топливных насосов. 22* 340 Глава Р Коррозионная активность сернистых соединений и свободной серы определяется в коррозионных испытаниях топлива с помощью медной полоски.
Такое испытание заключается в визуальной оценке изменения цвета медной полоски, погруженной на определенное время в испытуемое топливо, температура которого поддерживается на заданном уровне. Кислотная обработка Кислотная обработка (осветление) применяется для устранения из топлива меркаптанов, а также смолистых и асфальтовых соединений и неустойчивых олефиновых и ароматических углеводородов.
Она заключается в быстром смешивании топлива с 984/а-ной серной кислотой и последующей сепарацией осадка в отстойнике или центрифуге. Эта обработка не нашла широкого применения из-за проблемы удаления осадка. Отбелиаание глиной Этот процесс заключается в смешивании нагретого топлива с глиной. После интенсивного перемешивания глина удаляется из топлива путем фильтрования. Отбеливание глиной улучшает цвет и стабильность топлива. Удаление воды Воду можно удалить, пропуская топливо через твердый абсорбент, например аитивированную окись алюминия, или жидкий абсорбент, например диэтиленгликоль. Загрязняющие примеси Помимо серы и сернистых соединений дистиллятные топлива содержат ряд других загрязняющих веществ, таких, как вода, смола и следы металлических частиц.
В сырой нефти и мазуте содержатся в еще большем количестве подобные загрязнения, а также некоторые металлические соединения, дающие при окислении золу. Асфальтены Асфальтены — зто высококипящие углеводороды, содержащиеся в нефтях и тяжелых остаточных продуктах их перегонки. Они способствуют образованию низкотемпературных кислых гудронов, которые могут приводить к засорению топливных фильтров. Топлива длв гавотурбинныв двигателей 341 Савоиы Чистые углеводороды илн их смеси отличаются высокой стабильностью и могут в течение длительного времени подвергаться воздействию высоких температур без каких-либо заметных изменений в химических или физических свойствах. Однако все реальные топлива содержат мельчайшие количества неорганических элементов — серы, азота, кислорода и различных металлов. Вследствие влияния температуры и света, а также каталитического воздействия металлических поверхностей и взвешенных металлических частиц эти элементы могут вступать в реакцию с атмосферным или растворенным в топливе кислородом, образуя смолы.
На начальной стадии окисления смолы в растворе остаются во взвешенном состоянии и придают топливу желтоватую окраску. В последующем они образуют вязкие осадки, которые могут закупорнвать фильтры, топливные магистрали, форсунки н образовывать лакообразные теплоизолнрующие покрытия на поверхностях масляных радиаторов. Растворенные в топливе смолы нежелательны также потому, что способствуют образованию нагара в процессе горения [101.
В авиационных топливах образование смол можно свести к минимуму, если удалить нз них олефины и загрязняющие примеси (особенно меркаптан и воду) и предохранять их от воздействия света, атмосферного кислорода и каталитических металлов.
Иногда используют противоокислительные присадки (ингибиторы), а также специальные диспергированные вещества, препятствующие отложению осадков и улучшающие фильтрационные характеристики топлива 1101. Проблема образования смол особенно важна для высокоскоростных самолетов, на которых температура топлива вследствие кинетического нагрева обшивки может превысить ' 475 К. Твердые осадки Твердые осадки обычно наблюдаются в тяжелых сортах мазутов. Они состоят из отдельных твердых частиц углеродистых веществ, образующихся в результате воздействия воздуха на неустойчивые компоненты топлива, либо веществ неорганического происхождения, включающих частицы бурового раствора, песок, металлы и хлористые соединения, выделяющиеся при испарении капель рассола [71.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
