В каком топливе содержится больше всего серы

Соединения серы являются естественными компонентами сырой нефти, поэтому они всегда будет присутствовать и в остаточных топливах. Основой тяжёлых топлив являются остаточные фракции глубокой переработки нефти, в которых концентрируются сера и её высокомолекулярные соединения.

В связи с ростом цен на нефть и нефтепродукты нефтеперерабатывающие компании совершенствуют процессы переработки нефти, в связи с чем количество остаточных фракций снижается, а содержание серы и её соединений в них увеличивается. Поэтому, чем выше плотность топлива, тем больше в нём содержания серы. Как показывают результаты мониторинга анализов проб топлива относительно содержания серы в топливе, выполненные различными лабораториями по всему миру, за трёхлетний период, содержание серы в морских сортах остаточных топлив находится на уровне ~3,0%.

В процессах переработки нефти кипение и испарение соединений серы происходит при высоких температурах, что обуславливает их большее присутствие в остаточных топливах, чем в дистиллатах. Низковязкие морские сорта остаточных топлив содержат минимальные количества серы, так как они производятся путём смешивания низкокипящих остаточных фракций переработки нефти с дистиллатами.

Морской рынок является основным потребителем высокосерных топлив. Это связано с запрещением их использования в стационарных теплоэнергетических установках, в соответствии с законами об охране окружающей среды принятых, в большинстве индустриально развитых странах.

Использование высокосерных топлив приводит к коррозионным повреждениям узлов и деталей дизельных установок. В процессе сгорания топлива образуются двуокись (SO2) и трёхокись (SO3) серы. В зависимости от условий и показателей работы дизеля, таких как: коэффициент избытка воздуха, значения температур и давлений, некоторая часть этих газов преобразуется в сернистую кислоту (раствор SO2 в воде) и серную кислоту – H2SO4. В основном, эти кислоты образуются при температурах ниже точки росы. Сернистая кислота образуется в диапазонах температур между 50оС и 60оС, а серная кислота между 110оС и 150оС. Воздействия кислоты приводят к коррозии в низкотемпературных зонах цилиндров двигателя и котлах, поэтому этот вид коррозионных разрушений иногда называют «низкотемпературная коррозия».

Для успешной борьбы с коррозией, смазочные масла должны иметь достаточно высокое содержание щелочных присадок, которые нейтрализуют коррозионно-активные сернистые соединения, образующиеся в процессе сгорания. Нейтрализующая способность масел характеризуются “Общим щелочным числом” (ОЩЧ), оцениваемое в мгКОН/г•масла или принятым в мировой практике термином “Total Base Number” – TBN. Чем выше ОЩЧ (TBN), тем выше его нейтрализующая способность. Негативные последствия, возникающие в процессе сжигания высокосернистых топлив, могут быть сведены к минимуму за счёт поддержания правильных тепловых режимов работы дизелей и применение смазочных масел с оптимальным содержанием в них щелочных присадок. Особое внимание следует уделять участкам газовыпускных систем, поддерживая в них температуры выше «точки росы».

В процессе сгорания, не менее важным, является соотношение количеств ванадия и серы содержащихся в топливе. Образующаяся в процессе сгорания топлива пятиокись ванадия (V2O5), действует как катализатор, способствуя формированию SO3 (с последующим переходом в H2SO4), в результате увеличивается температура точки росы. В результате образуется большее количество серной кислоты, которая истощает щелочные присадки в маслах и интенсифицируя низкотемпературные коррозионные процессы.

При выборе масла и его дозировки необходимо исходить из значения его ОЩЧ (TBN) и содержания серы в топливе, основываясь на рекомендациях фирм – двигателестроителей. Избыток моющих присадок в масле, если они не расходуются при низком содержании серы в топливе, основу которых составляет кальций (Са), аккумулируются виде твёрдых отложений на головках поршней и канавках поршневых колец. Это приводит к соскабливанию масляной плёнки с рабочей поверхности втулки, вызывая непосредственный контакт металла колец с металлом втулки и её полировке (поверхность становится подобной зеркалу). Если поверхность слишком гладкая и отполирована, то это приводит к тому, что масло не может удерживаться на поверхности, что в свою очередь вызывает ускоренный износ поверхности. Указанные факторы увеличивают риски образования “залегания” поршневых колец в канавках и задиров поверхности втулки. В результате повышается вероятность возникновения интенсивных износов и повреждений ЦПГ дизелей.

По рекомендациям фирм – двигателестроителей и ведущих компаний изготовителей масел необходимо:

снижать расход цилиндрового масла при высоких значениях TBN масла и низких значениях содержания серы в топливе;
увеличивать расход цилиндрового масла при низких значениях TBN масла и высоких значениях содержания серы в топливе.

Рис. 1. Оптимальная удельная дозировка подачи цилиндрового масла в зависимости от содержания серы в топливе и ОЩЧ (TBN)

В мировой практике основным цилиндровым маслом является масло имеющее TBN = 70 (TBN 70). В связи с ограничениями по содержанию серы в топливе принятыми Международными соглашениями, региональными и национальными Правилами принят ряд ограничений по содержанию серы в морских сортах топлива. Это приводит к тому, что на судах должны использоваться цилиндровые масла как с низким, так и с высоким содержанием TBN. На рис.1, приведена рекомендация фирмы MAN B&W иллюстрирующая оптимальную удельную дозировку подачи цилиндрового масла в зависимости от содержания серы в топливе и значения TBN масла.
При выборе дозировки подачи цилиндрового масла рекомендуется использовать следующую зависимость:

где: F – коэффициент расхода,F = 0,26 – 0,34;
S – содержание серы в топливе, в % по массе;
70– значение общего щелочного числа базового цилиндрового
масла, имеющего TBN 70;
Х – значение общего щелочного числа (TBN) цилиндрового масла
имеющего другое (меньшее) значение.
Например, рис.1, если использовать цилиндровое масло, имеющее TBN =40, то при содержании серы в топливе S=2,0%, его оптимальные дозируемые значения будут в пределах:

Если использовать базовое цилиндровое масло, имеющее TBN=70, при
том же содержании серы в топливе S=2,0%, то оптимальные дозируемые значения масла будут в пределах:

Источник

Дизельное топливо получают путем переработки нефти, поэтому одним из его компонентов остаются сернистые соединения. Хотя чистой серы в составе горючего нет, ее производные все же присутствуют в достаточно большом количестве (до 7 %). Чтобы удалить часть сернистых веществ и повысить экологичность дизтоплива, применяют различные виды очистки — гидрокрекинг и щелочную обработку едким натром.

Причинами ограничения содержания серы в топливе являются:

коррозийное воздействие на элементы поршневой;
появление нагара и отложений;
преждевременный износ топливной и выхлопной системы;
дымность выхлопа;
выброс сернистых соединений и других вредных веществ в атмосферу;
несоответствие стандартам, что ограничивает применение автомобилей.

Чтобы продлить сроки эксплуатации дизелей и избежать загрязнения окружающей среды, приняты ограничения на содержание серы в дизельном топливе.

Влияние серы в дизельном топливе на двигатель

Действующие стандарты жестко регламентируют фракционный состав горючего, в том числе и сернистых соединений. Однако определенный процент таких веществ все же остается, несмотря на очистку и обработку исходного сырья. Полностью удалять сульфиды и другие сернистые элементы очень дорого и нерентабельно.

Присутствие таких сернистых веществ при взаимодействии с парами воды приводит к образованию сернистой и серной кислоты. В результате появляется коррозия металлических деталей поршневой группы, топливной и выхлопной системы. Образование отложений ухудшает отвод тепла, снижает компрессию, ограничивает подвижность колец.

Влияние серы на свойства топлива ограничивает и технические характеристики самих дизельных двигателей, а именно:

снижается мощность;
повышается расход топлива;
ухудшаются мощностные и разгонные характеристики.

Из-за высокого содержания серы в судовом топливе или горючем для других дизелей изменяется сам процесс сгорания смеси. В результате возможна потеря мощности, снижение экономичности и ухудшение динамики дизеля.

Нужно учитывать, что низкое содержание серы тоже не очень хорошо для дизеля. При уменьшении сернистых соединений ниже 0,035 % ухудшаются смазывающие свойства горючего. В результате появляется преждевременный износ и сокращаются сроки эксплуатации топливной системы. Чтобы устранить эту проблему, используют специальные присадки.

Стандарты экологичности дизтоплива

Определенного баланса между содержанием серных веществ и экологичностью горючего удалось добиться с появлением соответствующих стандартов (Евро 0-6). Эти нормы регламентируют выброс вредных элементов и технические характеристики дизтоплива. Последние принятые варианты — Евро 5 и 6 (2009 и 2015 г. соответственно), согласно которым вредные выбросы не должны превышать следующих значений:

оксид углерода — 0,5;
оксид азота — 0,18 – 0,08;
взвешенные частицы — 0,005.

Совсем не допускается присутствие углеводорода и летучих органических веществ.

Технические характеристики дизтоплива

Легковые машины, грузовики, автобусную и специальную технику заправляют горючим в соответствии с климатическими условиями. Есть летнее, зимнее и арктическое топливо. По температуре применения горючее разделяют на сорта (A-F) и классы (0-4). Такое топливо отличается следующими показателями:

цетановое число 45–51;
содержание серы в дизельном топливе Евро 5 и 6 — не более 10 мг;
температура фильтрации — до -55 °С;
плотность в пределах 0,830-0,860 г/см3.

Согласно российского ГОСТ содержание серы в дизельном топливе тоже не должно превышать 10 мг.

Звоните по номеру +7 (812) 426-10-10. С нами удобно, доставка 24/7

Источник

Постоянное совершенствование техники и ужесточение экологических норм ведет к повышению требований к качеству топлива. Большое внимание уделяется содержанию серы в нефтепродуктах и нефти. Этот параметр обязательно отражается в паспорте качества.

Примеси серы присутствуют в любом сорте нефти и во всех нефтепродуктах, составляя от 0,05 до 6% от общей массы. Сернистые соединения неравномерно распределяются по всем фракциям, присутствуя даже в глубоко очищенных дистиллятах. Высокое содержание серы в топливе нежелательно по многим причинам:

сера токсична и является причиной неприятного запаха нефтепродуктов,
снижает стойкость бензинов к детонации,
провоцирует повышенное смолообразование при крекинге,
увеличивает коррозионную активность,
пары серных соединений раздражают дыхательные пути человека и ухудшают состояние растений.

Однако совсем исключить серу из топлива пока невозможно. Например, если содержание серы в дизельном топливе ниже 0,035%, то значительно ухудшаются его смазывающие способности, что ведет к ускорению износа элементов топливной системы автомобиля. Чтобы это предотвратить, в солярку добавляются присадки, улучшающие смазывающие свойства. Но они пока малодоступны, так как серийное производство еще не налажено. Единственный выход – снижать количество серы в нефтепродуктах, устанавливая строгие нормы.

Серная классификация нефти

ГОСТ Р 51858-2002 определяет классы нефти по содержанию серы:

Класс 1 – малосернистая – серы в общей массе 0,6%.
Класс 2 – сернистая – серы в общей массе до 1,8%.
Класс 3 – высокосернистая – серы в общей массе до 3,5%.
Класс 4 – особо высокосернистая – серы в общей массе выше 3,5%.

Нефть обычно содержит чистую серу (ее немного) и ее производные. В паспорте качества указывается доля общей серы (чистая сера + серосодержащие примеси). Чем выше содержание серы в нефти, тем ниже ее стоимость.

Основную долю серных соединений (50-80%) в нефтепродуктах представляют почти нейтральные сульфиды и дисульфиды. Самыми «неприятными» из производных серы являются меркаптаны. Именно они вызывают резкий запах и больше других провоцируют коррозию и образование смол. Содержание меркаптанов ограничивается до нескольких сотых процента в зависимости от вида топлива и указывается в паспорте качества отдельно.

Нормы сернистости для разных видов топлива

Нормы содержания серы устанавливаются для всех видов топлива. Наиболее жесткие требования предъявляются к автомобильным бензинам и реактивному топливу. Допустимое содержание серы в них от 0,02 до 0,1%. Такие же требования предъявляются к бензинам-растворителям.

Дизельное топливо по показателю сернистости делится на экологические классы. На сегодня в России разрешен выпуск и использование только ДТ класса Евро-5 с содержанием серы меньше 10 мг/кг.

Содержание серы в судовом топливе тоже строго регламентируется в соответствии с требованиями экологии. Сегодня норма сернистости судового маловязкого топлива составляет 3,5%, а к 2020 году ее планируют снизить до 0,5%.

Как снизить содержание серы

Удаление серы из топлива осуществляется на нефтеперерабатывающих заводах двумя способами:

Предварительно нефть пропускают через фильтры, чтобы освободить от механических примесей. А затем она обрабатывается методом каталитического гидрирования при высокой температуре. Стоимость обессеренной нефти примерно вдвое выше стоимости начального сырья, но таким способом можно получить нефть с содержанием серы до 1%.

Второй способ предполагает удаление серы из части тяжелых нефтяных фракций с помощью вакуумной перегонки. Затем эти фракции подвергаются гидрированию водородом. Полученное бессернистое сырье смешивается с основной массой, и общее содержание серы снижается на 80-95%.

Источник

Сера в дизельном топливе – один из нежелательных элементов в его составе. Допустимое количество серосодержащих примесей строго ограничено, поскольку их присутствие негативно влияет на экологическую обстановку и снижает ресурс оборудования.

Нормы, регламентирующие содержание серы в дизельном топливе

Дизтопливо изготавливают путем переработки нефтяного сырья, в составе которого всегда содержатся серосодержащие компоненты в количестве от 0,6 до 6 %, попадающие в ДТ. Существуют нормы, регулирующие содержание серы в дизельном топливе. В России для каждого типа топлива разработаны ГОСТы. Например, в ГОСТ 32511-2013, который был введен в качестве национального стандарта 1 января 2015 года, выделяют три экологических класса по допустимому содержанию серы в ДТ: К3, К4, К5. Эта классификация частично совпадает с нормами, прописанными в европейском стандарте ЕВРО-5.

Допустимые пределы концентраций серы для различных видов дизтоплива

Европейский стандарт ЕВРО-5 был принят на территории РФ 1 января 2016 года. Документ определяет нормы содержания вредных веществ в выхлопных газах, по которым можно судить о качестве топлива и его экологической безопасности. Горючее, изготовленное по европейским стандартам, имеет лучшие характеристики, например, при его эксплуатации снижается дымность отработанных газов и уровень выбросов продуктов сгорания.

Классификация дизтоплива осуществляется по двум основным параметрам: содержание сернистых соединений и температура фильтруемости.

Дизтопливо может маркироваться следующим образом: ДТ-Е-К5, или ДТ-З-К5. Расшифровываются данные условные обозначения следующим образом:

«ДТ» – дизельное топливо;

Следующая литера обозначает климатические условия, также эта характеристика содержит данные о температуре фильтруемости:

«Л» – летнее ДТ. В данном виде не определяется температура фильтруемости.
«Е» – межсезонное, температура фильтруемости -15°С;
«З» – зимнее, с температурой фильтруемости -20°С;
«А» – арктическое, с температурой фильтруемости -38°С.

Следующее цифробуквенное обозначение говорит, о том, какое содержание серы присуще данному типу горючего:

К2 – содержится не более 500 мг/кг;
К3 – не более 350 мг/кг;
К4 – не больше 50 мг/кг;
К5 – не более 10 мг/кг.

Чем грозит превышение допустимых норм содержания серы в дизельном топливе

Соединения серы, присутствующие в горючем, вступают в реакцию с водяными парами, образуя кислоты. Последствием подобного взаимодействия будет сильный коррозирующий эффект и множественное нагарообразование при сгорании топлива. Поэтому, превышение серы в дизельном топливе оказывает негативное влияние на его эксплуатационные характеристики.

Основными последствиями повышенного содержания серы будут:

Сильная коррозия поршневой системы двигателя, снижение срока службы;
Нагарообразование и появление отложений на контактирующих с продуктами сгорания участках;
Общее снижение эффективности топливной и выхлопной систем;
Загрязнение окружающей среды.

Так как полное удаление серосодержащих соединений нерентабельно, некоторый процент серы всегда остается в ДТ, кроме того, снижение концентрации серосодержащих компонентов до 0,035% и ниже приводит к уменьшению смазывающей способности топлива.

Определение массовой доли серы в дизельном топливе

Массовая доля серы в дизельном топливе – важная характеристика горючего. Все стандартизированные методы определения количества серы можно разделить на несколько типов:

методы, основанные на процессе окисления серы;
методы, в основе которых лежит восстановление серы до сероводорода (H2S);
спектральные методики анализа, в том числе с применением УФ-флуоресцентного, рентгеновского излучений и атомно-эмиссионные методы.

Рассмотрим метод ультрафиолетовой флуоресценции, который позволяет установить, сколько серы содержится в ДТ. Эта методика описана в нескольких российских нормативных документах: ГОСТ ISO 20846-2012, ГОСТ Р 56342-2015, ГОСТ 34237-2017.

анализатор NSX2100H

Рис. 1. Анализатор NSX-2100H, производства Mitsubishi Chemical Analytech Co.,Ltd, с детектором SD-210 для анализа серы в дизельном топливе

Анализ серосодержащих примесей включает стадию пиролитического сжигания образца с последующим детектированием ультрафиолетового флуоресцентного излучения, интенсивность которого соответствует содержанию серы в пробе.

Преимуществами данного способа можно считать:

Минимальное влияние присадок и соотношения С-Н на результаты измерений;
Доступность сертифицированных СО для построения калибровочных кривых;
Возможность определения низкого содержания серы в пределах от 0,02 до 10000 ppm (1 ppm = 1 мг/кг);
Множество типов устройств для ввода, позволяющих анализировать образцы в различном агрегатном состоянии.

Очистка дизельного топлива от серы

Задача уменьшения количества серы в дизтопливе является основной при его производстве. Очистка дизельного топлива от серы производится с помощью физико-химических и химических методов. Физико-химические методы удаления серы представляют собой очистку, при которой ДТ обрабатывают специальными сорбционными реагентами. Они впитывают серосодержащие компоненты, очищая ДТ от нежелательных примесей.

Химический метод основан на процессе гидроочистки. Устранение серы происходит вследствие химической реакции с водородом в условиях высокого давления и высокотемпературного нагрева. В результате гидроочистки серосодержащие примеси преобразуются в водорастворимый сернистый газ. Промывка обработанного сырья водой приводит к значительному снижению количества серы в конечном продукте.

Источник