Мазут (Mazut) – это

мазут

Мазут – это жидкий товар темно-коричневого цвета, остаток после выделения из нефти или продуктов ее вторичной переработки бензиновых, керосиновых и газойлевых фракций.

Мазут – это смесь углеводородов, нефтяных смол, асфальтенов, карбонов, карбоидов и органических соединений, содержащих металлы (V, Ni, Fe, Mg, Na, Ca). Свойства мазута зависят от химического состава исходной нефти и степени отгона дистиллятных фракций. Основные потребители мазута – промышленность и жилищно-коммунальное хозяйство.

Топочный мазут – это вид нефтяного топлива, получаемого из тяжёлых остатков нефтепереработки, угля и горючих сланцев.

Топочный мазут – основная информация

Используется в качестве котельного топлива в энергетике, судоходстве и промышленности.

Топочные мазуты различаются по следующим показателям:

  • Индекс вязкости (возможность перекачки, распыление в топке)
  • Содержание серы
  • Температура застывания
  • Зольность (отложения золы на котлоагрегатах)
  • Плотность
  • Температура вспышки (пожароопасность).

Мазут топочный малосернистый

Для снижения вязкости мазуты перед сжиганием подогревают, в топке дополнительно турболизуют острым паром.

Российская переработка нефти выпускает следующие марки топочного мазута (ГОСТ 10585-99):

  • М-40
  • М-100
  • М-200

Наиболее распространена марка М-100, из неё можно получить мазут М-40 добавлением дизтоплива. М-200 очень вязкий, поэтому его применение вызывает ряд затруднений.

Топочный мазут используется для стационарных котельных и технологических установок. Вырабатывается на базе остатков атмосферной и вакуумной перегонки с добавлением тяжелых газойлевых фракций.

Мазут, в том числе и его марка М100, используется в качестве котельного топлива. Широкое распространение этого вида горючего получили в качестве топлива для некоторых судовых двигателей и для отопительных систем различного назначения. Мазут для отопительных систем бывает двух видов: марки М-40 и марки М-100. Основными отличиями этих сортов является их вязкость и состав. Мазут марки М-100 пользуется наибольшим спросом.

При производстве многих продуктов, таких как моторные масла, кокс, битумы, смазочные масла и т.д., используется мазут. Кроме этого, мазут применяется и в качестве котельного топлива.

Мазут представляет собой нефтепродукт, но при этом он может производиться и из каменных углей, а также горючих сланцев, однако такие варианты мазута предназначаются для потребления в месте производства, а потому не изготавливаются в больших количествах.

Мазут является смесью большого количества различных компонентов, среди которых имеются некоторые органические соединения, нефтяные смолы, карбены, углеводороды с молекулярной массой 400-1000 г/моль. Консистенция мазута жидкая, а цвет темно-коричневый.

В настоящее время известны следующие виды мазута: топочные, прямогонные, крекинг-мазут, флотский, печное бытовое топливо.

Мазут представляет собой остаток первичной перегонки нефти и может применяться в качестве котельного топлива – облегченный мазут (выше 330 С), а также в качестве сырья, в последующем перерабатываемого на масляные фракции до гудрона, который применяется при производстве масел – утяжеленный мазут (выше 360 С).

Кроме этого, если раньше мазут использовался как сырье установок термического крекинга, то на сегодняшний день он применяется и в качестве сырья установок гидрокрекинга и каталитического крекинга.

Используя разные составы и физико-химические свойства исходного материала, имеется возможность получать мазут, обладающий различными свойствами. В зависимости от плотности, вязкости и содержания в составе мазута серы производится оценка его качества. Плотность мазута определяют при температуре 20?С, и она должна составлять 0,89 — 1 грамм на кубический сантиметр.

Не менее важным параметром оценки качества является температура застывания, которая варьируется от 10 до 50?С, но исключением являются флотские мазуты, для которых данная температура составляет от минус 5 до минус 10?С. Вязкость мазута должна находиться в пределах 8-80 мм2/с и измеряется при температуре 100?С.

Содержание в составе мазута серы должно составлять 0,5 — 3,5 %. Благодаря таким эксплуатационным свойствам мазута, как небольшое (менее 0,3%) содержание золы и высокая теплопроводность, имеется возможность получать требуемые температуры при вполне небольшом расходе сырья.

Мазут М100

На сегодняшний день большое количество мазута перерабатывается, и в результате переработки получаются дистиллятные смазочные материалы и моторные топлива. Несмотря на то, что мазут применяется во многих отраслях, основными его потребителями являются предприятия промышленности, а также жилищно-коммунальные хозяйства.

Мазут применяется в двигателях морских судов и тепловозов, но наиболее широко используется как топливо для паровых котлов, промышленных печей и котельных установок.

Пик потребления мазута выпадает на зимний сезон, однако, это не означает, что на него нет спроса в остальное время года.

Основные требования к физико-химическим свойствам

Рассмотрим 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 приобретателя (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 США для определения вязкости используют вискозиметр Сейболта универсальный (для маловязких мазутов) и Сейболта-Фурола (для высоковязких мазутов), а в Британии – вискозиметр Редвуда. Между определенными в различных единицах значениями вязкости существует зависимость. 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.

Для мазутов, как и для всех темных нефтепродуктов, зависимость вязкости от температуры приближенно описывается уравнением Вальтера:

lglg(v*10-6 + 0,8) = A – B*lgT,

где v — кинематическая вязкость, мм2/с; А и В- коэффициенты; T — абсолютная температура, К.

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 маловязки 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, определяемую на вискозиметре «Реотест»). Для всех остаточных топлив характерна аномалия вязкости: после термической обработки или механического воздействия повторно определяемая вязкость при той же температуре оказывается ниже начальной.

Мазут – вид нефтяного топлива, используемого в качестве котельного топлива в энергетике, судоходстве и промышленности. Мазут топочный применяется как котельное топливо для различных тепловых генераторов, как основной источник тепловой энергии в отопительных системах, котельных. К котельным топливам относят топочные мазуты марок 40 и 100. Технические условия на мазут топочный нормированы ГОСТ 10585-99.

Топочный мазут – протокол испытаний

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.

Требования, предъявляемые к качеству котельных, тяжелых моторных и судовых топлив, устанавливающие условия их применения, определяются такими показателями качества, как вязкость, содержание серы, теплота сгорания, температуры застывания и вспышки, содержание воды, механических примесей и зольность.

Стандарт на котельное топливо – ГОСТ 10585-99 предусматривает выпуск четырех его марок: флотских мазутов Ф-5 и Ф-12, которые по вязкости классифицируются как легкие топлива, топочных мазутов марки 40 – как среднее и марки 100 – тяжелое топливо. Цифры указывают ориентировочную вязкость соответствующих марок мазутов при 50 °С.

Топочные мазуты марок 40 и 100 изготовляют из остатков нефтепереработки. В мазут марки 40 для снижения температуры застывания до 10 °С добавляют 8-15 % среднедистиллятных фракций, в мазут марки 100 дизельные фракции не добавляют.Флотские мазуты марок Ф-5 и Ф-12 предназначены для сжигания в судовых энергетических установках. По сравнению с топочными мазутами марок 40 и 100 они обладают лучшими характеристиками: меньшими вязкостью, содержанием механических примесей и воды, зольностью и более низкой температурой застывания.

Флотский мазут марки Ф-5 получают смешением продуктов прямой перегонки нефти: в большинстве случаев 60-70 % мазута прямогонного и 30-40 % дизтоплива с добавлением депрессорной присадки. Допускается использовать в его составе до 22 % керосино-газойлевых 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. Основными отличиями мазута Ф-12 от Ф-5 являются более жесткие требования по содержанию серы (0,6 % против 2,0 %) и менее жесткие требования по вязкости при 50 °С (12 °ВУ против 5 °ВУ).
Область применения мазута

Мазут (возможно, от арабского мазхулат – отбросы), жидкий товар 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 Российской Федерации было экспортировано 45,8 млн. тонн мазута на 10,2 млрд. долл. Мазут занимает четвёртое место после нефти, газа и дизтоплива в структуре экспортирования Российской Федерации (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.

Физико-химические свойства мазута

Мазут относится к группе остаточных фракций углеводородов, получаемых в процессе нефтепереработки. Свойства мазута зависят от исходных свойств сырой нефти и глубины ее переработки на заводах по переработке нефти. В мазуте, как конечном товаре нефтепереработки, сосредоточивается балласт − негорючая часть, состоящая из минеральной массы, воды. В процессах крекинга нефти легкие углеводородные фракции, бензин, керосин, дизтопливо насыщаются содержащимся в нефти водородом в большей степени, поэтому в мазуте содержание водорода по сравнению с сырой нефтью уменьшается, что приводит к снижению его теплотворной способности.

Снижение теплотворной способности мазута обусловливается повышенным содержанием в его составе серы, азота, кислорода, смол, асфальтенов, золы, механических примесей.

В минеральной массе мазута присутствует значительное количество различных металлов, в том числе и ванадия. Ванадий сосредоточивается в нефтяных смолах, асфальтенах, являющихся и основными серосодержащими компонентами. Окислы ванадия вызывают как низкотемпературную, так и высокотемпературную, при 600-700°С, коррозию металлов, приводящую к разрушению поверхностей нагрева, уплотняющих поверхностей выпускных клапанов и лопаток газовых турбин.

Согласно международным стандартам качества минеральная масса, содержащаяся в мазуте, не должна превышать 0,1-0,3%, но, несмотря на малое ее содержание, образующаяся при сжигании мазута зола, отлагаясь на поверхностях нагрева котлоагрегатов, значительно уменьшает передачу тепла от продуктов сгорания. Отложения золы на поверхностях деталей поршневой группы дизелей вызывают ускоренный износ трущихся поверхностей, затрудняют отвод тепла к охлаждающим средам.

При транспортировке и хранении в емкостях качество мазута изменяется. В результате постоянного окисления, полимеризации, химических реакций, углеводороды мазута превращаются в твердые продукты, выпадающие в осадок.

В холодную погоду во время разогрева железнодорожных цистерн острым паром, содержание воды в мазуте может достигать 10-15%. Во время дальнейшего хранения мазут дополнительно обводняется атмосферной влагой. Анализы качества мазута, хранящегося в емкостях на одной из нефтебаз, показали, что содержание воды в пробах, отобранных на уровне 4-5 м от днища, достигает 5%, а в придонных слоях −12%.

Бункерные компании производят подогрев мазута в емкостях до температуры, при которой обеспечивается перекачивание, смешивание мазута. При недостаточном подогреве отстаивание воды в высоковязком мазуте, обладающем высокой плотностью, становится практически невозможным и с большой вероятностью можно полагать, что к потребителям поступает чрезмерно обводненный мазут. Качество мазута может ухудшиться и при смешивании его в емкостях нефтебаз с мазутом, в котором вследствие длительного хранения качественные характеристики не отвечают стандартным требованиям. Бункерующие компании приобретают партии топлива от различных поставщиков и смешивают их, выдерживая только стандарты качества по вязкости, и почти не учитывают другие показатели. Действуя таким образом, они основываются на международных стандартах качества, которые не включают в себя проверку на степень очистки от посторонних включений и на стабильность топлива, не определяют расчетный углеродный ароматический индекс /CCAI/, оказывающий существенное влияние на способность топлива к воспламенению. При индексе CCAI более 850-890 способность топлива к воспламенению резко ухудшается.

Это приводит к аварийному загрязнению продуктами сгорания цилиндро-поршневой группы, выпускных клапанов, газотурбонагнетателей. Несгоревшее топливо может накапливаться в газовыпускном тракте, что приводит к повышению давления сгорания, стукам в цилиндрах, взрывам, пожару в выпускном тракте. Повышенное содержание ароматических фракций наиболее возможно у топлива с пониженной вязкостью от 180 сСт до 220 сСт, полученных при смешивании дистиллятных топлив с высоковязким мазутом. Смешивание же углеводородов различного природного происхождения, имеющих несовместимое структурное строение молекул, может привести к быстрой потере стабильности топлива. Использование нестабильного топлива в энергетических установках вызывает быстрое отложение нефтешлама в трубопроводах, непроходимость фильтров, приводит к аварийному загрязнению продуктами сгорания деталей цилиндро-поршневой группы и узлов газовыпускного тракта дизелей.

Бункерующие компании принимают меры по предотвращению поставки некачественного топлива, но их возможности в повышении качества хранящегося мазута ограничены, и они вынуждены производить его поставку приобретателю в состоянии “как есть”. Поэтому каждая операция по смешиванию топлива несет в себе неопределенность по качеству конечного продукта.

Учитывая все факторы риска, судовой экипаж должен использовать для проверки качества находящуюся в его распоряжении судовую экспресс лабораторию, привлекать сторонние теплотехнические лаборатории и принимать другие необходимые меры по предотвращению приемки некачественного топлива. Конечная ответственность за последствия использования некачественного топлива всегда возлагается на судовую администрацию. Для предотвращения негативных последствий судовая система топливоподготовки должна быть снабжена эффективными техническими средствами, позволяющими до сжигания мазута в энергетических установках улучшать его качественные характеристики.

Улучшение физико-химических свойств мазута на судах достигается в результате применения различных гомогенизирующих устройств. Например, наше гидродинамическое оборудование успешно применяется в топливных системах судовых энергетических установок для гомогенизации топлива, приготовления высокодисперсной водотопливной эмульсии с 1985 года.

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

Физико-химические свойства мазута зависят от химического состава исходной нефти и степени отгона дистиллятных фракций и характеризуются следующими данными: вязкость 8-80 мм2/с (при 100 °С), плотность 0,89-1 г/см3 (при 20 °С), температура застывания 10-40°С, содержание серы 0,5-3,5 %, золы до 0,3 %, низшая теплота сгорания 39,4-40,7 МДж/моль.

Основными характеристиками мазута является: плотность, вязкость, и температура застывания

Способы получения мазута и особенности выбранного метода

Подготовленная на ЭЛОУ нефть поступает на установки первичной перегонки для разделения на дистиллятные фракции и мазут или гудрон. Полученные фракции и остаток, как правило, не соответствуют требованиям ГОСТ на товарные нефтепродукты. Поэтому для их облагораживания, а также углубления нефтепереработки продукты, полученные на установках атмосферной и атмосферно-вакуумной перегонки, используются в качестве сырья вторичных (деструктивных) процессов в соответствии с вариантом нефтепереработки.

Технология первичной перегонки нефти имеет целый ряд принципиальных особенностей, обусловленных природой сырья и требованиями к получаемым продуктам. Нефть как сырье для перегонки обладает следующими свойствами: имеет непрерывный характер вскипания, невысокую термическую стабильность тяжелых фракций и остатков, содержащих значительное количество сложных малолетучих и практически нелетучих смолистоасфальтеновых и серо-, азот- и металлорганических соединений, резко ухудшающих эксплуатационные свойства нефтепродуктов и затрудняющих последующую их переработку.

Поскольку температура термической стабильности тяжелых фракций примерно соответствует температурной границе деления нефти между дизтопливом и мазутом по кривой ИТК, первичную перегонку нефти до мазута проводят обычно при атмосферном давлении, а перегонку мазута — в вакууме. Выбор температурной границы деления нефти при атмосферном давлении между дизтопливом и мазутом определяется не только термической стабильностью тяжелых фракций нефти, но и технико-экономическими показателями процесса разделения в целом.

В некоторых случаях температурная граница деления нефти определяется требованиями к качеству остатка. Так, при перегонке нефти с получением котельного топлива температурная граница деления проходит около 300 0С, т.е. примерно половина фракции дизтоплива отбирается с мазутом для получения котельного топлива низкой вязкости.

Однако такой вариант в настоящее время не является основным. В последние годы для расширения ресурсов дизтоплива, а также сырья каталитического крекинга–наиболее важного и освоенного процесса, углубляющего переработку нефти–на установках атмосферной и атмосферно-вакуумной перегонки (АТ и АВТ) осуществляется все более глубокий отбор дизельной фракции и вакуумного газойля соответственно. Для получения же котельного топлива заданной вязкости используется процесс висбрекинга тяжелого остатка вакуумной перегонки.

Таким образом, вопрос обоснования и выбора температурной границы деления нефти зависит от вариантов технологических схем перегонки нефти и мазута и вариантов нефтепереработки в целом.

Обычно перегонку нефти и мазута ведут соответственно при атмосферном давлении и в вакууме при максимальной (без крекинга) температуре нагрева сырья с отпариванием легких фракций водяным паром. Сложный состав остатков перегонки требует также организации четкого отделения от них дистиллятных фракций, в том числе и высокоэффективной сепарации фаз при однократном испарении сырья. Для этого устанавливают отбойные элементы, что и позволяет избежать уноса капель паровым потоком.

Описание схемы производства

В конце 40-х годов установки АВТ имели производительность 500— 600 тыс. т/год. Вскоре эти мощности оказались недостаточными для удовлетворения растущей потребности в массовых нефтепродуктах. С 1950 г. ускоренными темпами начали строить установки АВТ, работающие по схеме двукратного испарения, мощностью 1, 1,5 и 2 млн. т/год.
Температура и давление в аппаратах установки приведены ниже:

  • Температура 0С:
  • подогрева нефти в теплообменниках 200–230
  • подогрева отбензиненной нефти в змеевиках трубчатой печи 330–360
  • паров, уходящих из отбензинивающей колонны 120–140
  • внизу отбензинивающей колонны 240–260
  • паров, уходящих из основной колонны 120–130
  • внизу основной колонны Давление, МПа:
  • в отбензинивающей колонне 0,4–0,5
  • в основной колонне 0,15–0,20

В колоннах создается разное давление. Как известно, давление в колонне определяется фракционным составом головного погона и, в конечном счете – остаточным давлением насыщенных паров жидкости после конденсации паров головного погона и их отделения в емкости (газосепараторе).

В К-1 в паровой фазе отбирается легкая (головная) бензиновая фракция н.к. – 62 0С или н.к. – 85 0С, а в К-2 – тяжелая бензиновая фракция, выкипающая выше 62 0С или 85 0С, поэтому давление в К-1 выше, чем в К-2 (0,4-0,5 МПа по сравнению с 0,15-0,20 МПа). Это вызвано необходимостью после конденсации паров сохранения фракций в жидкой фазе при температуре окончательного охлаждения 30-35 0С. Однако для более легкой фракции полная конденсация затруднительна. Более полная конденсация достигается применением дополнительного водяного охлаждения (после воздушного). При этом удается полнее сконденсировать легкие бензиновые фракции (особенно это важно в летнее время и в жарком климате).