Мазут сообщение по химии

Обновлено: 02.07.2024

Уже второе столетие нефть играет решающую роль в снабжении человечества энергией. Кроме того, она является ценнейшим сырьем для нефтехимического синтеза, а также для производства продуктов различного назначения - от растворителей до кокса и технического углерода. Россия - одна из основных нефтедобывающих стран мира, обладающая огромными запасами нефтяного сырья, и нефтяная отрасль в энергетическом секторе экономики работает по-настоящему в конкурентных условиях. Проблема рациональной глубокой переработки нефти, получения качественных продуктов с улучшенными экологическими свойствами весьма актуальна. В этой связи подготовка нефти к переработке и первичная переработка - прямая перегонка - имеют огромное значение. Разделение нефти на фракции на атмосферно-вакуумных установках - важная стадия в общей схеме переработки, обеспечивающая сырьем все технологические установки нефтеперерабатывающего предприятия.

Превращение отечественной нефтеперерабатывающей промышленности в наукоемкую отрасль экономики XXI века трудно представить себе без дипломированных инженеров-технологов, владеющих современными представлениями о природе нефтяного сырья, новейшими мировыми достижениями в области теории и практики технологии переработки нефти, нефтезаводского оборудования и т. д. Структура переработки нефти в различных регионах и странах отличается, несмотря на общемировые тенденции в развитии отрасли. Она в значительной степени зависит от экономических и экономико-географических особенностей потребления разных нефтепродуктов в каждой конкретной стране (или группы стран в регионах); наличия самой нефти, других энергоносителей, степени автомобилизации, потребностей химических производств в углеводородных полупродуктах, совершенства техники, технологии нефтеперерабатывающих предприятии. Лидерство Северной Америки в производстве бензина обусловлено размерами автопарка, особенно в США. Ведущая роль Азии и Западной Европы в получении мазута определяется использованием его на тепловых электростанциях. Дизельное топливо в ведущих регионах его потребления используется на разных видах транспорта (в США - железнодорожный, автомобильный, водный; в Восточной Европе - автомобильный). Основные данные о нефтяной отрасли приведены в таблице 1, которая открывает возможности для довольно детального анализа.

B начале ХХ века добыча нефти велось в 20 странах мира, а больше всего ее добывали США, Венесуэла и Россия. K 1940 году число нефтедобывающих стран увеличилось до 40, причем основными производителями были США, СССР, страны Ближнего Востока и Венесуэла. B 1970 году нефтедобывающих стран стало уже 60, а в 1990 году - 80. B 50-х годах в число нефтедобывающих стран мира вошли Китай, Индия, Алжир, в 60-х годах - ОАЭ, Нигерия, Ливия, Египет, Австралия, в 70-х годах - Великобритания, Норвегия. Если до конца 60-х годов более 1/2 мировой добычи нефти давали страны Западного полушария, то затем первенство перешло к странам Восточного полушария. Запасы и добыча нефти в мире и в отдельных его регионах и странах представлены в табл. 1.

Разведанные

запасы, вмлрд. т

Южная и Юго-Восточная

1.Цель реферата: изучение технологии производства мазута, его назначение и применение.

2.Задачи: осветить назначение и применение мазута, его физико-химические свойства, технологическую схему производства, устройство и назначение оборудования.

3.Тема: Производство мазута.

1. Область применения мазута

Мазут (возможно, от арабского мазхулат – отбросы), жидкий продукт темно-коричневого цвета, остаток после выделения из нефти или продуктов ее вторичной переработки бензиновых, керосиновых и газойлевых фракций, выкипающих до 350-360°С. Мазут это смесь углеводородов (с молекулярной массой от 400 до 1000 г/моль), нефтяных с мол (с молекулярной массой 500-3000 и более г/моль), асфальтенов, карбенов, карбоидов и органических соединений, содержащих металлы (V, Ni, Fe, Mg, Na, Са).

Мазуты применяются в качестве топлива для паровых котлов, котельных установок и промышленных печей. Выход мазута составляет около 50 % по массе в расчете на исходную нефть. B связи с необходимостью углубления ее дальнейшей переработки мазут во все большем масштабе подвергают дальнейшей переработке, отгоняя под вакуумом дистилляты, выкипающие в пределах 350-420, 350-460, 350-500 и 420-500°С. Вакуумные дистилляты применяют как сырье для получения моторных топлив и дистиллятных смазочных масел. Остаток вакуумной перегонки мазута используют для переработки на установках термического крекинга и коксования, в производстве остаточных смазочных масел и гудрона, затем перерабатываемого на битум.

Основные потребители мазута - промышленность и жилищно-коммунальное хозяйство. B 2005 году из России было экспортировано 45,8 млн. тонн мазута на 10,2 млрд. долл. Мазут занимает четвёртое место после нефти, газа и дизельного топлива в структуре экспорта России (в денежном выражении).

Из мазута путём дополнительной перегонки получают смазочные масла для смазки различных механизмов. Перегонку ведут под уменьшенным давлением, чтобы снизить температуру кипения углеводородов и избежать разложения их при нагревании. После перегонки мазута остаётся нелетучая тёмная масса — гудрон, идущая на асфальтирование улиц.

Топливо мазутное суперлегкое используется в качестве технологического топлива на промышленных предприятиях, на предприятиях теплоснабжения, а также на судах морского и речного флота.

2. Физико-химические свойства мазута

Топливо мазутное суперлегкое содержит 25-50% стабилизированного газового конденсата с содержанием в нем фракции C1-C4 в количестве не более 0,3-1,0% и остальное мазут топочный марки М100 и/или М40.

Смолы	Асфальтены	Карбены и карбоиды
Мазут атмосферной перегонки
Сернистая нефть	13,6	0,9	0,035
Малосернистая нефть	14,0	0,1	0,03
Мазут вторичной переработки	10,2	8,4	0,9

Основными характеристиками мазута является: плотность, вязкость, и температура застывания, которые более детально описаны в табл. 3.

Мазут – это черная вязкая субстанция, которая остается после перегонки нефти и выделения дистиллятных фракций. Даже перевод его названия означает, что это отходы, получаемые при перегонке.

Температура, при которой его получают, 350-360 градусов. Нефтепродукт применяется в нефтеперерабатывающей, сельскохозяйственной, судовой, металлургических областях.

Свойства мазута

Использование этого продукта напрямую связано с его составом, который зависит в свою очередь от состава исходного сырья, степени отгона основных фракций. Черного или темно-коричневого цвета жидкость отличается горючестью.

Также к основным характеристикам относятся:

Сернистость, т.е. % входящей в состав серы: до 0,5% — малосернистый мазут, не выше 1% — сернистый, 1-3,5% — высокосернистый;
Зольность – она не превышает 0,3%;
Температура, при которой вещество застывает – 10-40 градусов;
Наименьшее тепло, выделяемое при сгорании – в среднем 40 МДж/кг.

Фракционный состав мазута (химический)

В мазуте присутствует много химических веществ и элементов:

смолы нефтяные – 500-3000 500-3000 г/моль;
карбены, карбоиды, асфальтены;
металлы – натрий, железо, ванадий, кальций, никель;
водород – 10-12%;
углерод – 83 – 87%;
кислород и азот – 0.2-1,9%;
сера – 1-3,5%.

Способы получения мазута

Основной способ получения этого вещества — выделение из нефти (температура выкипания 350-360 °C). В незначительных объемах его производят из каменного угля отдельных марок и горючих сланцев.

Как уже было сказано, свойства конечного продукта зависят от состава исходного сырья (нефти) и степени переработки.

Технические характеристики

Вязкость – главный показатель. Она определяется соотношением временных показателей, т.е. времени истечения 200 миллилитров мазута при температуре окружающего воздуха ко времени истечения воды, взятой в том же количестве при 20 градусах.
Влияют на этот показатель плотность и смолистость. Первая указывает на способность отделения от состава воды и механических примесей (чем она выше, тем сделать это проще). Для удаления воды существует специальное оборудование, благодаря которому плотность можно повысить. Допустимыми пределами для нее считают 0,89-1,02 г/см3
Зольность – тоже важная характеристика. Показатель ее не должен быть больше нормативного значения, чтобы зола, сгорая, не засоряла форсунки. В противном случае придется часто чистить оборудование, что сопряжено с дополнительными расходами. Кроме того, повышенное содержание золы ухудшает экологическую обстановку в регионе и приводит к ускорению коррозии металлов.
Сернистость — показатель лежит в диапазоне 0,5-3,5 %. Чем он больше, тем быстрей изнашивается оборудование и сильнее загрязняется окружающее пространство.
Температура вспышки не одинакова для всех марок: 110 градусов – для М-100 и всего 90 – для М-40.
Температура затвердевания — для М-40 она равна 10 градусам, и не превышает 36 градусов для остальных марок.

Марки мазута

Маркировка соответствует ГОСТ 10585-2013: буквой обозначают область использования (М-топочный, Ф – флотский), цифрой – плотность продукта.

М-40 – топочный мазут, получаемый из отходов, образовавшихся при переработке нефти. Среднедистиллятных, снижающих до 10 градусов температуру застывания, фракций может в нем быть от 8 до 15;
М-100 – тоже топочный мазут, в производстве которого используют добавки в виде газойлевых фракций. В отличие от первой марки, содержит в качестве добавок керосиновые фракции, ДТ, депрессорные специальные присадки;
Ф5 — флотский, получаемый в процессе перегонки нефти, имеет в составе керосино-газойлевые фракции (до 22%). Это качественный продукт, содержащий до 40% ДТ и до 60% мазута, малое количество серы и других вредных веществ. Допускает использование присадок, понижающих температуру твердения.

Плотность мазута

Этот показатель регламентируется ГОСТ 10585-2013.Определяют плотность при 15 градусах. Для марки Ф5 плотность равна 958,3 кг/м3. Для М40 и М100 – соответственно 965 кг/м3и 1015 кг/м3.

Применение мазута

Эту разновидность топлива, использовать можно в системах индивидуального отопления домов, спецтехнике и силовых агрегатах, технологических промышленных установках, в быту и в сельхозфермах.

Этот нефтепродукт используют в качестве котельного и бункерного топлива, идет он на изготовление флотского мазута, топлива для крейцкопфных моторов, применяется в фермерских хозяйствах (М-40) для просушки зерна, овощей и фруктов, изготовления кормов. В быту он подходит для отопления частных домов. Ф5 используется на судовых энергоустановках в качестве топлива. М100 подходит для систем парового отопления и т.д.

Помимо использования в чистом виде, мазут подвергают повторной переработке, получая гудрон, являющийся составляющей битума. Последний служит материалом для устройства и ремонта дорог и кровель. Большая его часть идет на изготовление смазочных материалов.

Мазут на рынке и экспорт из России

Перевозят мазут автомобильным и железнодорожным транспортом. Для автоперевозок используют различные виды цистерн: автоцистерну, цистерну-прицеп, термос и полуприцеп. Поскольку груз является опасным, работающие с ним транспортные организации должны иметь всю нужную документацию. Для доставки на значительные расстояния более рентабельным является транспортировка по трубопроводу. Из-за того, что мазут становится более вязким при низких температурах, перекачивать и транспортировать его становится труднее: без предварительного подогрева в такой ситуации не обойтись.

В последние годы на мировом рынке отмечается спад спроса на этот продукт. Снижение объясняют переходом на низкосернистое топливо, уменьшение его объема для производства тепла и электроэнергии, переход на использование газа для отопления промышленных и жилых помещений.

Аналитики прогнозируют, что спад продаж будет продолжаться. Хотя в силу медленного перехода на гибридное топливо, процесс этот будет плавным.

Пока же лидирующие позиции по продажам мазута занимают Сингапур и Китай. Их доля в общем объеме соответственно достигает 10,2 и 9,9 процентов. В числе лидеров также США, Франция, Великобритания, Япония и Германия.

В России также отмечено снижение производства мазута топочного. Оно имеется не только на внутреннем российском рынке, но и в поставках в другие страны: в первом полугодии минувшего года экспорт составил лишь 14,2 миллиона тонн. Свой вклад в ситуацию внесла пандемия COVID-19. После снижения цены в начале года, рынок несколько оживился, котировки мазута, содержащего 3,5% серы, выросли в странах Северной Европы. Крупнейшим потребителем темного продукта остаются США (до 32%), второе место занимают Нидерланды (11%).

Мазут — это густая жидкость тёмно-коричневого цвета, смесь тяжелых остатков после отгонки бензинов, керосинов и газойля (выкипающих при температуре менее 350-360°С) из нефти или продуктов её вторичной переработки.
Также мазут можно получать из каменного угля и горючих сланцев, но такие виды мазута выгодно использовать только в месте производства, поэтому они не производятся в больших объемах.

Свойства мазута

Мазут – это, по сути, смесь углеводородов (имеющих молекулярную массу 400-1000), нефтяных смол (молек. массой 500-3000), карбенов, карбоидов, асфальтенов и органических соединений, содержащих металлы (такие, как V, Ni, Fe, Mg, Na, Ca). Физико-химические свойства конкретной пробы мазута зависят от качества конкретной партии поступившего на завод сырья (нефть высокосернистая или высокопарафиновая), режима переработки, условий компаундирования и хранения.

Химический состав мазутов: углерод, водород, кислород, азот, сера и зола. В составе вязких мазутов – до 88,5% углерода, до 11,5% водорода, а также повышенный процент серы и азота. В составе маловязких мазутов доля углерода меньше, что снижает такие параметры, как вязкость и плотность.

Мазут легко отличить по виду

Мазуты имеют следующие свойства:

Плотность мазута

Таблица 1. Плотность мазутов при 20 градусах С

Марки мазута

Малосернистый

Высокосернистый

Таблица 2. Максимальная плотность мазутов, кг/м 3

Наименование	Ф 5	Ф 12	М 40	М 100
Плотность, кг/м 3	955	960	965	1015

Применение мазутов

Основные потребители мазута – морской и речной флот, сфера ЖКХ, промышленность.
Сфера применения мазутов:

как топливо для паровых котлов, всевозможных котельных установок и промышленных печей (котельные топочные мазуты, например, М 100);
как сырье для производства флотского (судового) мазута, тяжелого моторного топлива для крейцкопфных дизелей и бункерного топлива;
как сырье для производства моторных масел, кокса, битумов, смазочных масел.

Выход мазута по массе – около 50% от исходной нефти. Поскольку нефть нуждается во все большей глубине переработки, остаток ее в виде мазута также перерабатывают как можно полнее путем отгонки под вакуумом дистиллятов, выкипающих в пределах 350-500 град С. Из таких вакуумных дистиллятов получают моторные топлива, а их остатки используют для получения остаточных смазочных масел и гудрона, который далее перерабатывается на битум.

Мазут на рынке и экспорт из России

В 2009 — 2012 годы потребление мазута на российском рынке – примерно 11 миллион тонн в год. Мировые цены на мазут превышали внутренние более чем в 1,5 раза, поэтому экспорт мазута вырос на 13,9%. Так, средняя цена мазута в России в 2012 году была $355,8 за тонну, что ниже средней мировой цены на 77,4%. В 2009 г. доля мазута в структуре экспорта нефтепродуктов из России составляла 53% (63,85 млн т), в 2010 г. – 55% (72 млн т), а в 2011 г. Россия отгрузила на экспорт 53 миллиона тонн мазута.

Одним из продуктов переработки нефти выступает мазут. Именно эта темная вязкая жидкость выступает самой тяжелой и неочищенной фракцией. Тяжелее него только гудрон. Но от этого нефтепродукт не становится менее востребованным. Особенно распространенным стал топочный мазут разных марок, применяемых во многих сферах производства и промышленности.

Марки топочного мазута

Свойства мазута определяются в первую очередь маркой нефтепродукта. Здесь необходимо обратиться к ГОСТ 10585-2013. В соответствии с п. 3.1 существуют 2 марки топочного мазута:

Маловязкий М-40. Содержит среднедистиллятные фракции, поэтому имеет более низкую температуру застывания и является более текучей, что исключает необходимость нагрева при транспортировке.
Высоковязкий М-100. Не содержит среднедистиллятных и других дополнительных фракций. Обладает более высокой температурой застывания, поэтому при транспортировке требует обогрева.

Химический состав мазута

Мазут содержит большое количество тяжелых фракций, оставшихся после отгонки из нефти керосиновых, бензиновых и газойлевых фракций Они выкипают из сырья при температуре не менее 350-360 °C. При изготовлении в состав могут добавляться продукты вторичной переработки нефти.

Физико-химические свойства мазута и его состав зависят от качества конкретной партии поступившего на завод сырья, т. е. нефти. На состав влияют режим переработки, условия компаундирования и хранения, степень очистки от дистиллятов (других фракций нефти).

По сути, мазут состоит из углеводородов с молекулярной массой в пределах 400-1000. Их дополняют другие вещества, среди которых:

нефтяные смолы (молекулярная масса в пределах 500-3000);
карбены и карбоиды;
органические соединения с металлами вроде ванадия, никеля, железа, магния, натрия и кальция;
водород, кислород, азот, сера и зола.

Как разновидность темных нефтепродуктов мазут также содержит твердые парафины и асфальто-смолистые вещества. Количество углерода в составе достигает 88,5% (в маловязких концентрация ниже, что снижает плотность и вязкость), а водорода – 11,5%. Также мазут характеризуется повышенным содержанием серы и азота. Согласно ГОСТу, в составе не должно быть водорастворимых кислот и щелочей.

Физические свойства мазута

Нормативные физико-химические показатели и свойства мазутов марок М-100 и М-40 представлены в ГОСТ 10585-2013, в частности в таблице 1 п. 4.3. К основным физическим свойствам мазута относятся:

Вязкость. Для марки М-100 устанавливается при температуре 100 °C, для М-40 – при 80 °C. Составляет 50 и 59 мм2/с соответственно. У мазута М-100 есть условная вязкость, составляющая не более 6,8 °ВУ.
Зольность. Малозольный топочный мазут должен содержать не более 0,04 (М-40) и 0,05% (М-100) золы, зольный – не более 0,12 и 0,14% соответственно. Слишком больше количество золы делает нефтепродукт некачественным: начнут забиваться форсунки, будут развиваться коррозионные процессы. Чем меньше золы, тем выше качество мазута.
Количество механических примесей. Ограничивается для каждой марки отдельно: не более 0,5% для М-10 и не более 1% для М-100.
Количество воды. Должно быть не больше 1% для обеих марок топочного мазута. Концентрация воды ограничивается ввиду способности нефтепродукта напитываться влагой, что приводит к ухудшению свойств.
Массовая доля серы. Обе марки мазута могут содержать от 0,5 до 3,5%. В зависимости от конкретной концентрации нефтепродукт может быть малосернистым (до 0,5%), сернистым (до 1%) и высокосернистым (до 3,5%).
Плотность. Этот показатель мазута не нормируется, но в среднее значение составляет 890-1000 кг/м3. Максимальное значение для М-100 достигает 1015 кг/м3, для М-40 – 965 кг/м3.

Содержание серы в разных видах мазута

Показатели вязкости и содержания серы в разных видах мазута

К основным свойствам мазута также относится теплота сгорания, которая определяет свойства нефтепродукта как топлива, его расход, а также эффективность и экономичность. Показатель зависит от содержания серы:

при количестве серы 0,5-2% теплота сгорания марки М-40 составляет 40740 кДж, марки М-100 40530 кДж;
при концентрации серы 2,5-3,5 теплота сгорания обеих марок составляет 39900 кДж.

Температура сгорания у марок М-40 и М-100 примерно одинаковая, но у М-100 выше температура вспышки – 110 °C против 90 °C у марки М-40. Этот показатель определяет температурный порог, до которого безопасно можно хранить мазут. Застывает нефтепродукт при разной температуре: не более 10 °C – М-40, не более 25 °C – М-100. У высокопарафинистого мазута эти показатели составляют 25 и 42 °C соответственно для марок М-40 и М-100. Температура застывания важна при организации хранения, слива и перекачки нефтепродукта.

Применение топочного мазута

Основное назначение топочного мазута – топливо для промышленных печей, паровых котлов и котельных установок. Марка М-100 дополнительно используется для производства марки М-40, а также флотского мазута Ф5, используемого в судовых установках. Еще из мазута изготавливают:

бункерное топливо;
моторные масла;
битумы;
смазочные масла;
кокс.

Каждый из перечисленных нефтепродуктов имеет свою сферу применения. К примеру, битум активно используется в производстве гидроизоляционных материалов. Смазочные масла помогают уменьшить трение узлов и замедлить процесс износа деталей машин и механизмов.

Вывод

Топочный мазут – недорогой вид топлива для различных отопительных установок. Физические и химические свойства нефтепродукта определяются качеством и составом используемой нефти. В зависимости от места ее добычи может получаться мазут с разными показателями. Важно, чтобы они не были ниже или выше нормируемых значений, указанных в ГОСТ 10585-2013, поскольку от этого зависит не только эффективность топлива, но и безопасность его использования.

Смежные материалы

Мазут: виды, назначения и вакуумная перегонка

В настоящее время мазут может использоваться также как сырьё установок каталитического крекинга или гидрокрекинга (ранее применялся в качестве сырья установок термического крекинга). Ниже на рисунке приведена классификация мазута.

Эксплуатационные свойства нефтепродуктов

Под механическими примесями подразумеваются такие вещества, которые обычно находятся в слоях нефти и нефтепродуктов в виде взвеси или осадка, задерживаемые фильтром. Такие примеси негативно влияют на работу двигателей и другого оборудования, поэтому их концентрация в нефтепродуктах строго стандартизируется определёнными нормами. Так, степень чистоты масла оценивают, исходя из числа фильтрации и количества осадка, которые задерживает фильтр.

Мазут

Мазут – это нефтепродукт, основными характеристиками мазута которого являются: плотность, вязкость, температура застывания.

Читайте также: