Экксплуатационные материалы

Содержание

1. Получение бензинов крекинг-процессами………………………стр 2

Термический крекинг………………………………………..стр 2

Каталитический крекинг……………………………………стр 2

Риформинг………………………………………………….….стр 3

Гидрокрекинг………………………………………………….стр 5

2. Марки и основные свойства трансмиссионных масел для автомобилей……………………………………………………….….стр 7

Классификация трансмиссионных  масел……..…………...стр 9

3. Вулканизирующие вещества и другие компоненты резины….стр 13

Список литературы……………………………………….……………стр 16

1. Получение бензинов крекинг-процессами.

Термический крекинг

Склонность к дополнительному  разложению более тяжелых фракций  сырых нефтей при нагреве выше определенной температуры привела  к очень важному успеху в использовании  крекинг-процесса. Когда происходит разложение высококипящих фракций  нефти, углерод-углеродные связи разрушаются, водород отрывается от молекул углеводородов  и тем самым получается более  широкий спектр продуктов по сравнению  с составом первоначальной сырой  нефти. Например, дистилляты, кипящие  в интервале температур 290–400°  С, в результате крекинга дают газы, бензин и тяжелые смолоподобные  остаточные продукты. Крекинг-процесс  позволяет увеличить выход бензина  из сырой нефти путем деструкции более тяжелых дистиллятов и  остатков, образовавшихся в результате первичной перегонки.

Выход кокса определяется природой перерабатываемого сырья  и степенью рециклизации наиболее тяжелых фракций.

Как правило, из исходного  крекируемого объема образуется примерно 15–25% лигроина и 35–50% газойля (т.е. легкого  дизельного топлива) наряду с крекинг-газами и коксом. Последний используется в основном как топливо, исключая образующиеся специальные виды кокса (один из них является продуктом  обжига и используется при производстве углеродных электродов). Коксование до сих пор пользуется популярностью  главным образом как процесс  подготовки исходного материала для каталитического крекинга.

Каталитический крекинг

Катализатор – это вещество, которое ускоряет протекание химических реакций без изменения сути самих  реакций. Каталитическими свойствами обладают многие вещества, включая  металлы, их оксиды, различные соли.

Процесс Гудри. Исследования Э.Гудри огнеупорных глин как  катализаторов привели к созданию в 1936 эффективного катализатора на основе алюмосиликатов для крекинг-процесса.

Среднекипящие дистилляты нефти  в этом процессе нагревались и  переводились в парообразное состояние; для увеличения скорости реакций  расщепления, т.е. крекинг-процесса, и  изменения характера реакций  эти пары пропускались через слой катализатора. Реакции происходили  при умеренных температурах 430–480° С и атмосферном давлении в отличие от процессов термического крекинга, где используются высокие давления. Процесс Гудри был первым каталитическим крекинг-процессом, успешно реализованным в промышленных масштабах.

Целью большинства крекинг-процессов  является достижение оптимального выхода бензина. При крекинге происходят распад тяжелых молекул, а также сложные  процессы синтеза и перестройки  структуры молекул углеводородов. Влияние разных катализаторов различно. Некоторые из них, такие, как оксиды хрома и молибден, ускоряют реакцию  дегидрогенизации (отщепление водорода). Глины и специальные алюмосиликатные  составы, используемые в промышленном каталитическом крекинге, способствуют ускоренному разрыву углерод-углеродных связей больше, чем отрыву водорода. Они также способствуют изомеризации линейных молекул в разветвленные. Эти составы замедляют полимеризацию (см. ниже) и образование дегтя  и асфальта, так что нефти не просто деструктурируются, а обогащаются  полезными компонентами.

Риформинг

Риформинг – это процесс  преобразования линейных и нециклических  углеводородов в бензолоподобные  ароматические молекулы. Ароматические  углеводороды имеют более высокое  октановое число, чем молекулы других углеводородов, и поэтому они  предпочтительней для производства современного высокооктанового бензина.

При термическом риформинге, как и при каталитическом крекинге, основная цель состоит в превращении  низкооктановых бензиновых компонентов  в более высокооктановые. Процесс  обычно применяется к парафиновым  фракциям прямой перегонки, кипящим  в пределах 95–205° С. Более легкие фракции редко подходят для таких превращений.

Существуют два основных вида риформинга – термический и  каталитический. В первом соответствующие  фракции первичной перегонки  нефти превращаются в высокооктановый  бензин только под воздействием высокой  температуры; во втором преобразование исходного продукта происходит при  одновременном воздействии как  высокой температуры, так и катализаторов. Более старый и менее эффективный  термический риформинг используется кое-где до сих пор, но в развитых странах почти все установки  термического риформинга заменены на установки каталитического риформинга.

Если бензин является предпочтительным продуктом, то почти весь риформинг  осуществляется на платиновых катализаторах, нанесенных на алюминийоксидный или алюмосиликатный носитель.

Большинство установок риформинга – это установки с неподвижным  слоем. (Процесс каталитического  риформинга, в котором используется стационарный катализатор, называется платформингом.) Но под действием  давления ок. 50 атм (при получении  бензина с умеренным октановым  числом) активность платинового катализатора сохраняется примерно в течение  месяца. Установки, в которых используется один реактор, приходится останавливать  на несколько суток для регенерации  катализатора. В других установках используется несколько реакторов  с одним добавочным, где проводится необходимая регенерация. Жизнь  платинового катализатора сокращается  при наличии серы, азота, свинца и  других «ядов». Там, где эти компоненты представляют проблему, обычно до входа  в реактор проводят предварительную  обработку смеси водородом (т.н. гидроочистка, когда до подачи в реактор нефтяных погонов – бензинов прямой перегонки  – их пропускают через водородсодержащие  газы, которые связывают вредные  компоненты и снижают их содержание до допустимых пределов). Некоторые  реакторы с неподвижным слоем  заменяются на реакторы с непрерывной  регенерацией катализатора. В этих условиях катализатор перемещается через реактор и непрерывно регенерируется.

Реакции, в результате которых  при каталитическом риформинге повышается октановое число, включают:

1) дегидрирование нафтенов  и их превращение в соответствующие ароматические соединения;

2) превращение линейных  парафиновых углеводородов в их разветвленные изомеры;

3) гидрокрекинг тяжелых  парафиновых углеводородов в  легкие высокооктановые фракции; 

4) образование ароматических  углеводородов из тяжелых парафиновых путем отщепления водорода.

Большинство богатых водородом  газов, выделяющихся в этих установках, используются при гидрокрекинге и т.п.

Кроме крекинга и риформинга существует несколько других важных процессов производства бензина. Первым из них, который стал экономически выгодным в промышленных масштабах, был процесс  полимеризации, который позволил получить жидкие бензиновые фракции из олефинов, присутствующих в крекинг-газах.

Полимеризация. Полимеризация пропилена – олефина, содержащего три атома углерода, и бутилена – олефина с четырьмя атомами углерода в молекуле дает жидкий продукт, который кипит в тех же пределах, что и бензин, и имеет октановое число от 80 до 82. Нефтеперерабатывающие заводы, использующие процессы полимеризации, обычно работают на фракциях крекинг-газов, содержащих олефины с тремя и четырьмя атомами углерода.

Алкилирование. В этом процессе изобутан и газообразные олефины реагируют под действием катализаторов и образуют жидкие изопарафины, имеющие октановое число, близкое к таковому у изооктана. Вместо полимеризации изобутилена в изооктен и затем гидрогенизации его в изооктан, в данном процессе изобутан реагирует с изобутиленом и образуется непосредственно изооктан.

Все процессы алкилирования  для производства моторных топлив производятся с использованием в качестве катализаторов  либо серной, либо фтороводородной  кислоты при температуре сначала 0–15° C, а затем 20–40° С.

Изомеризация. Другой важный путь получения высокооктанового сырья  для добавления в моторное топливо  – это процесс изомеризации с  использованием хлорида алюминия и  других подобных катализаторов.

Изомеризация используется для повышения октанового числа природного бензина и нафтенов с прямолинейными цепями. Улучшение антидетонационных свойств происходит в результате превращения нормальных пентана и гексана в изопентан и изогексан. Процессы изомеризации приобретают важное значение, особенно в тех странах, где каталитический крекинг с целью повышения выхода бензина проводится в относительно незначительных объемах. При дополнительном этилировании, т.е. введении тетраэтилсвинца, изомеры имеют октановые числа от 94 до 107 (в настоящее время от этого способа отказались ввиду токсичности образующихся летучих алкилсвинцовых соединений, загрязняющих природную среду).

Гидрокрекинг

Ранние работы по получению  жидкого топлива из углей путем  гидрирования под высоким давлением (процесс Бергуса) проводились главным  образом в Германии с использованием весьма сильных катализаторов, таких, как оксиды молибдена, которые либо нечувствительны к присутствию  серы, либо в значительной степени  сохраняют свою активность после прошедшей сульфатизации. Для этого были необходимы следующие параметры: давление до 280 атм, температура ок. 450° С и катализатор.

Давления, используемые в  современных процессах гидрокрекинга, составляют от примерно 70 атм для  превращения сырой нефти в  сжиженный нефтяной газ (LP-газ) до более  чем 175 атм, когда происходят полное коксование и с высоким выходом  превращение парообразной нефти  в бензин и реактивное топливо. Процессы проводят с неподвижными слоями (реже в кипящем слое) катализатора. Процесс  в кипящем слое применяется исключительно  для нефтяных остатков – мазута, гудрона. В других процессах также  использовались остаточное топливо, но в основном – высококипящие нефтяные фракции, а кроме того, легкокипящие и среднедистиллятные прямогонные  фракции. Катализаторами в этих процессах  служат сульфидированные никель-алюминиевые, кобальт-молибден-алюминиевые, вольфрамовые материалы и благородные металлы, такие, как платина и палладий, на алюмосиликатной основе.

Там, где гидрокрекинг сочетается с каталитическим крекингом и  коксованием, не менее 75–80% сырья превращается в бензин и реактивное топливо. Выработка  бензина и реактивных топлив может  легко изменяться в зависимости  от сезонных потребностей. При высоком  расходе водорода выход продукции  на 20–30% выше, чем количество сырья, загружаемого в установку. С некоторыми катализаторами установка работает эффективно от двух до трех лет без  регенерации.

Необходимость уменьшения загрязнения  воздуха в промышленных районах  США, Западной Европы и Японии обусловливает  значительное увеличение использования  процессов гидрирования для десульфатизации  дистиллятов и остаточных топлив. Процессы гидрокрекинга, предназначенные  главным образом для удаления серы при невысоких требованиях  к выходу продукции, известны как «гидроочистка».

Газообразные легкие фракции  прежде всего проходят через вакуумную  установку для сжижения, затем  полученный на этой стадии газойль  проходит десульфуризацию гидроочисткой, прежде чем вновь смешивается  с некоторыми вакуумными остатками  и другими низкосернистыми легкими  фракциями сырой нефти.

2. Марки и основные свойства трансмиссионных масел для автомобилей.

К трансмиссионным относятся масла, применяемые для смазки зубчатых передач агрегатов трансмиссии, а также в гидротрансмиссиях.

В современных автомобилях применяют  зубчатые передачи различных  типов.  Особенно  широко  распространены  винтовые (гипоидные) передачи. Их преимущество перед передачами с прямыми зубьями  состоит в большей прочности  зубьев шестерен при равных габаритах, плавной и бесшумной работе. Но к маслам для винтовых шестерен предъявляют  более высокие требования, чем  к маслам для шестерен с прямыми  зубьями, поскольку скорости скольжения в таких передачах больше.

В агрегатах трансмиссии трансмиссионные  масла выполняют следующие функции:

•снижают износ деталей;

•уменьшают потери энергии на трение;

•увеличивают теплоотвод от трущихся поверхностей;

•снижают вибрацию и шум шестерен, а также защищают их от ударных  нагрузок;

•защищают детали механизмов от коррозии;

•масла для гидромеханических  передач, кроме того, выполняют функцию  рабочего тела в гидротурбине, передающей мощность. Важнейшие свойства ТМ:

•вязкостно-температурные;

•противоизносные, противозадирные, противопиттинговые;

•термическая и термоокислительная стабильность;

•стойкость к образованию эмульсий с водой;

•минимальное воздействие на резино-технические  изделия, лаки, краски и пластмассы;

•химическая и физическая стабильность при хранении и транспортировании.

В зависимости от конструктивных особенностей и назначения шестеренчатых передач  к маслам могут предъявляться  специфические требования. Так, масла  для ведущих мостов с фрикционной  блокировкой дифференциала должны обладать хорошими фрикционными свойствами,

масла для трансмиссии автомобилей  с периодической эксплуатацией -хорошими защитными свойствами и т.д.

Условия, в которых работает масло, определяются следующими факторами: температурным режимом, частотой вращения шестерен (скорость относительного скольжения трущихся поверхностей зубьев), удельным давлением в зоне контакта.

Рабочая температура масла в  агрегатах трансмиссии меняется в широких пределах - от температуры  окружающего воздуха в начале работы до 120...130 ^С и даже 150 С в процессе работы.

В температурном режиме работы зубчатых передач различают три наиболее характерные температуры: минимальную - в момент начала работы передачи, равную наиболее низкой температуре окружающего  воздуха; максимальную - соответствующую  экстремальным условиям работы; среднеэксплуатационную - наиболее вероятную во время эксплуатации.

Минимальная температура масла  в агрегатах трансмиссии автомобилей  в холодной климатической зоне может  достигать —60 С. Максимальная и среднеэксплуатационная температуры масла зависят от температуры воздуха, условий эксплуатации, вязкости масла и от других факторов. Среднеэксплуатационная температура  в агрегатах трансмиссии автомобилей  обычно составляет 60...90 °С. Фактическая  температура масла в зоне контакта зубьев шестерен на 150...200 "С выше температуры масла в объеме. Заметное влияние на температуру оказывает  скорость скольжения на поверхности  зубьев в зоне их контакта. Скорости скольжения в цилиндрических и конических передачах составляют на входе в  зацепление 1.5...3 м/с; в некоторых  агрегатах они достигают 9...12 м/с; для гипоидных передач скорости скольжения составляют 15 м/с и более.

В цилиндрических и конических передачах  удельные нагрузки в полюсе зацепления составляют обычно 0,5...1,5 ГПа, достигая в некоторых случаях 2 ГПа. В гипоидных  передачах они в два раза выше. Под действием таких нагрузок условия для гидродинамической  смазки ухудшаются.

Трансмиссионные масла представляют собой сложную коллоидную систему, включающую две группы компонентов: первая - основа масла, вторая - функциональные присадки для улучшения эксплуатационных свойств масел.

К числу перспективных следует  отнести синтетические масла, которые  характеризуются очень пологой  вязкостно-температурной кривой.

Классификация трансмиссионных  масел

Многообразие вырабатываемых трансмиссионных  масел, предназначенных для разнообразной  техники, вызвало необходимость  разработки и использования классификаций  масел, которые позволяют правильно  решить вопрос выбора сорта масла  ддя данной конструкции трансмиссии.

Отечественная классификация трансмиссионных  масел отражена в ГОСТ 17479.2-85.

В зависимости от уровня кинематической вязкости при 100 °С трансмиссионные  масла разделяют на четыре класса, указаны в таблице 1.

В соответствии с классом вязкости ограничены допустимые пределы кинематической вязкости при 100 °С и отрицательная  температура, при которой динамическая вязкость не превышает 150 Па·с. Эта вязкость считается предельной, так как  при ней еще обеспечивается надежная работа агрегатов трансмиссий.

Таблица 1. Классы вязкости трансмиссионных масел по ГОСТ 17479.2-85

В зависимости от эксплуатационных свойств и возможных областей применения масла для трансмиссий  автомобилей, тракторов и другой мобильной техники отнесены к  пяти группам: ТМ-1 - ТМ-5, указанным в  таблице 2.

Группу масел устанавливают  по результатам оценки их свойств  по ГОСТ 9490-75 при разработке новых  трансмиссионных масел и постановке их на производство, а также при  периодических испытаниях товарных масел 1 раз в 2 года.

Таблица 2. Группы трансмиссионных  масел по ГОСТ 17479.2-85

Представителями группы ТМ-1 являются нигролы зимний и летний (ТУ 38-101529-75), применявшиеся в старых моделях автомобилей. Нигролы - это неочищенные остатки от прямой перегонки нефти, характеризуются неудовлетворительными противоизносными, антиокислительными и низкотемпературными свойствами. На современных автомобилях не применяются. К этой же группе могут быть отнесены базовые масла (ТБ-20, ТС-14,5), служащие основой для изготовления автомобильных трансмиссионных масел.

К группе ТМ-2 относится масло для коробок передач и рулевого управления - ТС (ОСТ 38.01260-82, прежнее обозначение ГОСТ 4002-53), класс 18. Это масло имеет низкие эксплуатационные свойства, применяется в ограниченных масштабах только на старых моделях легковых автомобилей.

В группу ТМ-3 входят масла Теп-10, ТАп-15В, ТСп-15К, выпускаемые по ГОСТ 23652-79.

ТСп-10 применяют для смазывания тяжелонагруженных цилиндрических, конических и спирально-конических передач грузовых автомобилей. Служит в качестве зимнего для умеренной климатической зоны и всесезонного для северных районов страны.

ТАп-15В служит для смазывания тяжелонагруженных цилиндрических, конических и спиралыю-конических передач грузовых автомобилей.

ТСп-15К имеет улучшенные по сравнению с маслом ТАп-15В противоизносные, антиокислительные и низкотемпературные свойства. Служит в качестве всесезонного для умеренной климатической зоны. Предназначенью для тяжелонагруженных цилиндрических и спирально-конических передач, в том числе болшегрузных автомобилей КамАЗ, КрАЗ, УралАЗ.

К группе ТМ-4 относятся масла Тсп-Нгип (ГОСТ 23652-79), Тсз-9гип (ОСТ 38-101158-78), Тсгип (ОСТ 38-01260-82, прежнее название -масло по ГОСТ 4003-53).

ТСп-14гип (класс 18) применяется для гипоидных передач грузовых автомобилей всесезонно в умеренной и жаркой климатической зоне. Обладает высокими противозадирными, но недостаточными антиокислительными и антикоррозионными свойствами. Показатели масла резко ухудшаются при попадании в него воды; в этом случае масло следует немедленно заменить.

ТСз-9гип (класс 9) предназначено для применения в агрегатах трансмиссии грузовых автомобилей в районах Крайнего Севера при температуре воздуха до -50...-55 "С. Ввиду малой вязкости и ухудшения противоизносных свойств при высокой температуре это масло применяется только в зимний период.

ТСгип предназначено для гипоидных передач старых моделей легковых автомобилей. Ввиду недостаточных низкотемпературных, противоизносных и антиокислительных свойств для новых моделей автомобилей не рекомендуется.

В группу ТМ-5 входят масла ТАД-17И (ГОСТ 236532-79) и ТМ5-12рк (ТУ 38.101844-80).

ТАД-17И (класс 18) получают смешением остаточного и дистиллятного масел с введением многофункциональной и депрессорной присадок. Масло обладает высокими эксплуатационными свойствами, является универсальным и может применяться в тяжелонагруженных цилиндрических, спирально-конических и гипоидных передачах грузовых и легковых автомобилей в умеренной и жаркой климатических зонах.

ТМ5-12рк (класс 12) получают из низкозастывающего масла селективной очистки, загущенного полимерной присадкой, с введением многофункциональной присадки. Масло относится к числу универсальных для эксплуатации и консервации цилиндрических, спирально-конических и гипоидных передач грузовых  автомобилей. Предназначено для применения в качестве всесезонного, в первую очередь для эксплуатации в северных районах.

Основным сортом, применяемых для автомобильных гидромеханических коробок передач, является масло марки А (ТУ 38.101179-79). Оно имеет температуру застывания -40 °С, его применяют всесезонно в умеренной климатической зоне. Для автомобилей, эксплуатирующихся в северных районах страны, разработано масло МГТ (ТУ 38-401-494-84), которое по эксплуатационным свойствам соответствует маслу марки А, но имеет лучшие низкотемпературные показатели работоспособности до -50 °С.

В гидрообъемных передачах автомобилей, в частности в гидроусилителях рулей, используют масло марки Р. Его применяют в качестве всесезонного в умеренной климатической зоне.

Из масел зарубежного производства в автоматических коробках передач используются только минеральные масла серии ATF, обычно марки "Дексрон" (Dexron) с различными числовыми индексами. Все они красного цвета и допускают смешение в различных пропорциях. Их ресурс до замены составляет 50...70 тыс. км. в коробку легкового автомобиля заливают 6 - 9 л (для полноприводного "Форд-Бронко" - 18 л). В последнее время используют масла желтого и зеленого цвета. Смешивать их с Дексроном недопустимо.

По классификации ГОСТ 17479.2-85 масла  маркируют по уровню напряженности  работы трансмиссии и классу вязкости. Например, в маркировке масла ТМ-5-18, ТМ означает начальные буквы русских слов "трансмиссионное масло", первая цифра - группа масла по эксплуатационным свойствам, вторая цифра - класс вязкости масла.

До введения ГОСТ 17479.2-85 на классификацию и систему обозначений  трансмиссионных масел маркировка масел в нормативно-технической  документации была другой. Обозначение  трансмиссионных масел по ГОСТ 17479.2-85 и соответствие их ранее принятым маркам преведены в таблице 3.

Таблица 3.Соответствие обозначений  трансмиссионных масел по ГОСТ 17479.2-85 принятым в нормативно-технической  документации.

Для решения вопроса взаимозаменяемости отечественных и зарубежных масел,в таблице 4 дано примерное соответствие классов вязкости и эксплуатационных групп трансмиссионных масел по ГОСТ 17479.2-85 классам вязкости по классификации SАЕ и группам по классификации АРI. Для полного соответствия необходимо проведение целого комплекса испытаний по определенным методикам.

Таблица 4.

3. Вулканизирующие вещества и другие компоненты резины.

Резина - продукт химического  превращения (вулканизации) синтетического и натурального каучуков. Взаимодействуя с вулканизирующими веществами, каучуки  претерпевают внутренние химические изменения, в результате которых образуется резина.

Свойства резиновых изделий  определяются их различным соотношением. К составляющим резиновых смесей относятся каучук, вулканизирующие  вещества, ускорители вулканизации, активаторы, ускорители, наполнители, противостарители, смягчители и красители

Основой резиновых смесей служит натуральный или искусственный  каучук. Каучук подвергают вулканизации - горячей или холодной для придания материалу требуемой прочности, упругости и т. д. В качестве вулканизирующего вещества в каучук вводят 2-3% серы. Так  как вулканизация - длительный процесс, то для его ускорения вводят 0,5-1,5% ускорителей вулканизации (окись  магния, окись цинка и др.). В  качестве активаторов ускорителя применяют  цинковые белила и магнезию.

Для придания необходимых  физико-механических свойств резиновым  изделиям в композицию вводят наполнители. Наполнители делят на порошкообразные  и ткани. К порошкообразным наполнителям относят сажу, каолин, углекислый марганец, мел, тальк, сернокислый барий и  др. Тканевыми силовыми наполнителями  служат корд и рукавные ткани.

При окислении каучука  резины стареют, теряют эластичность, становятся хрупкими, т. е. при старении необратимо изменяются физико-механические свойства. Поэтому в состав резиновых  смесей вводят противостарители: вазелин, воск, парафин, ароматические амины  и др. Для облегчения совмещения каучука с порошкообразным наполнителем и придания необходимой мягкости добавляют мягчители: стеариновую  и олеиновую кислоты, канифоль, парафин, сосновую смолу. Красители - охру, ультрамарин  и пр. вводят в количестве до 10% массы  каучука.