Керосин, виды, химический состав, свойства и применение

Керосин, виды, химический состав, свойства и применение.

Керосин – это горючая жидкость, горючее топливо. Представляет собой горючую смесь жидких углеводородов (от C8 до C15) с температурой кипения в интервале 150-250 °C, получаемая путём прямой перегонки или ректификации нефти.

Керосин, как топливо

Физические свойства керосина

Типы, виды и марки керосина

Химический (компонентный, углеводородный и элементный) состав керосина

Получение керосина

Применение керосина

Другие виды топлива: биодизель, биотопливо, газойль, горючие сланцы, керосин, лигроин, мазут, нефть, попутный нефтяной газ, природный газ, свалочный газ, сланцевая нефть, сланцевый газ, синтез-газ

Основные теплофизические характеристики керосина

Керосин — это средний дистиллят процесса нефтепереработки, определяемый как доля сырой нефти, которая кипит при температуре от 145 до 300°C. Керосин может быть получен путём перегонки сырой нефти (прямогонный керосин) или из крекинга более тяжёлых нефтяных потоков (крекинг-керосин).

Сырой керосин обладает свойствами, которые делают этот нефтепродукт пригодным для смешивания с различными эксплуатационными добавками, определяющими его использование в различных коммерческих целях, в том числе в транспортном топливе. Керосин представляет собой сложную смесь соединений с разветвлённой и прямой цепью, которые обычно можно разделить на три класса: парафины (55,2% по массе), нафтены (40,9%) и ароматические соединения (3,9%).

Для эффективности применения все марки керосина должны обладать максимально возможной удельной теплотой сгорания и удельной теплоёмкостью, а также характеризоваться достаточно широким диапазоном температур воспламенения. Для различных групп керосинов эти показатели составляют:

• Удельная теплота сгорания, кДж/кг — 43000±1000.
• Температура самовоспламенения, 0С, не ниже – 215.
• Удельная теплоёмкость керосина при комнатной температуре, Дж/кг·К – 2000…2020.

Точно установить большинство теплофизических показателей керосина невозможно, поскольку сам продукт не имеет постоянного химического состава и определяется характеристиками исходной нефти. Кроме того, плотность и вязкость керосина зависит от внешних температур. Известно только, что по мере приближения температуры к зоне устойчивого горения нефтепродукта, удельная теплоёмкость керосина существенно повышается: при 2000С она составляет уже 2900 Дж/кг·К, а при 2700С — 3260 Дж/кг·К. Соответственно снижается кинематическая вязкость. Совокупность этих параметров определяет хорошее и устойчивое воспламенение керосина.

Керосин, как топливо:

Керосин (англ. kerosene от др.-греч. κηρός – «воск») – горючая смесь жидких углеводородов (от C8 до C15) с температурой кипения в интервале 150-250 °C, получаемая путём прямой перегонки или ректификации нефти.

Внешне керосин – это прозрачная, бесцветная (или слегка желтоватая, или светло-коричневая), слегка маслянистая на ощупь жидкость. Имеет характерный запах нефтепродуктов.

Керосин – горючая, легковоспламеняющаяся жидкость. Относится к малоопасным веществам и по степени воздействия на организм человека в соответствии с ГОСТ 12.1.007 относятся к 4-му классу опасности. Горючее топливо.

Керосин легче воды. В воде не растворяется.

С воздухом керосин образуют взрывоопасные смеси.

Температура самовоспламенения

На очереди еще один тепловой показатель — температура воспламенения керосина. Под этой характеристикой следует понимать такое воспламенение паровоздушной смеси, которое приводит к горению. Однако воспламенение паров не всегда будет достаточным условием для возникновения устойчивого горения керосина.

Температурой самовоспламенения называется наименьшая температура, при которой пары нефтепродукта совместно с воздухом способны загореться без наличия источника воспламенения. Кстати, именно на таком замечательном свойстве и основано функционирование дизельных двигателей внутреннего сгорания.

Самовоспламенение керосина будет происходить при температуре в 300 °С.

Физические свойства керосина:

Примечание:

* с повышением температуры плотность керосина уменьшается.

** температура воспламенения – это температура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что после воспламенения их от источника зажигания возникает устойчивое горение;

** температура вспышки – температура, при которой пары нефтепродукта образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней огня.

Авиационный керосин Джет-А

Авиационный керосин Джет-А (aviation kerosine fuel Jet-A) — фракция прямой атмосферной перегонки нефти. Реактивное топливо Джет-А предназначено для использования в самолетах дозвуковой авиации. Содержание серы, азот- и кислородосодержащих компонентов мало, но меняется в разных странах и не является ключевым параметром для этого топлива. На Западе считается, что турбореактивные двигатели могут использовать почти любое топливо, поэтому требования к «Джет-А» близки к требованиям, предъявляемым к отопительным керосинам обычного качества (regular burning oil). На рынке Западной Европы установлены следующие требования для Джет-А: содержание серы — менее 0,3%, плотность — от 0,775 до 0,84 г/куб. см.

Типы, виды и марки керосина:

Различают следующие виды керосина: авиационный керосин (авиакеросин), ракетный керосин, технический керосин и осветительный керосин.

Авиационный керосин – это моторное топливо для турбовинтовых и турбореактивных двигателей различных летательных аппаратов, а также применяется как хладагент в различных теплообменниках (топливно-воздушных радиаторах), в качестве смазки движущихся деталей топливных и двигательных систем, в качестве растворителя.

В России для дозвуковой авиации производится пять марок авиационного керосина (ТС-1, Т-1, Т-1С, Т-2 и РТ), для сверхзвуковой – две (Т-6 и Т-8В). Авиационный керосин марки РТ является унифицированным топливом и предназначен для применения на летательных аппаратах как с дозвуковой, так и сверхзвуковой скоростью полета.

Ракетный керосин – это реактивное топливо, используемое в воздушно-реактивных двигателях ракетной техники. Он также является рабочим телом механизма двигателя.

Технический керосин используют как сырьё для пиролитического получения этилена, пропилена и ароматических углеводородов, в качестве топлива в основном при обжиге стеклянных и фарфоровых изделий, как растворитель при промывке механизмов и деталей.

Производятся две марки технического керосина: КТ-1 и КТ-2.

Осветительный керосин – специальный вид керосина, предназначенный для заправки ламп и нагревательных приборов. Он также применяется для обезжиривания металлопроката и запчастей, промывки механизмов и деталей.

В России производятся четыре марки осветительного керосина: КО-20, КО-22, КО-25, КО-30.

Отличие керосина от бензина

Способ получения авиационного керосина – прямая перегонка малосернистой и сернистой нефти. Для улучшения физико-химических свойств керосина применяются различные присадки и гидроочистка. Керосин имеет ряд преимуществ перед бензином:

• высокий показатель теплоты сгорания (как массовой, так и объёмной);
• низкая испаряемость;
• меньшая температура замерзания;
• небольшая кинематическая вязкость.
• Кроме того, керосин менее пожароопасен, чем бензин.

Существенный плюс в использовании керосина – широта применения. Кроме топлива для реактивных силовых установок, он используется на борту как хладагент или теплоноситель для радиаторов. Для управления сечением сопла двигателя используется гидросистема, рабочей жидкостью в которой также может быть керосин. Излишне напоминать, что данный вид топлива – прекрасный растворитель. Это крайне важно при организации процесса технического обслуживания реактивных авиадвигателей.

Химический (компонентный, углеводородный и элементный) состав керосина:

Керосин по своему химическому составу представляет собой смесь различных углеводородных и неуглеводородных компонентов:

– предельных, насыщенных углеводородов (алканов) – 20-60 %,

– циклических насыщенных углеводородов (нафтенов) – 20-50 %,

– ароматических углеводородов (аренов) – 5-25 %,

– непредельных углеводородов – до 2 %,

– примесей сернистых, азотистых или кислородных соединений.

Алканы (насыщенные углеводороды, парафины) – ациклические углеводороды линейного или разветвлённого строения, содержащие только простые химические связи и образующие гомологический ряд с общей формулой CnH2n+2. Алканы являются насыщенными углеводородами, то есть содержат максимально возможное число атомов водорода для заданного числа атомов углерода.

Нафтены, также циклоалканы, полиметиленовые углеводороды, цикланы или циклопарафины – это циклические насыщенные углеводороды, по химическим свойствам близкие к предельным углеводородам. Имеют химическую формулу CnH2n и циклическое строение (т.е. замкнутые кольца из углеродных атомов).

Ароматические соединения (арены) – циклические органические соединения, которые имеют в своём составе ароматическую систему.

Непредельные углеводороды – углеводороды с открытой цепью, в молекулах которых между атомами углерода имеются двойные или тройные связи.

Сернистые соединения: сероводород H2S, меркаптаны, моно- и дисульфиды, тиофены и тиофаны, а также полициклические (гетероциклические) сернистые соединения и т.п.

Азотистые соединения: преимущественно гомологи пиридина, хинолина, индола, карбазола, пиррола, а также порфирины.

Кислородные соединения: нафтеновые кислоты, фенолы, смолисто-асфальтеновые и др. вещества.

Компонентный состав керосина зависит от химического состава и способа переработки исходного сырья – нефти, а также вида керосина.

Состав вещества

Мы разобрались с температурой кипения керосина. Теперь представим состав данного продукта. Он не является универсальным и эталонным, так как зависит от сырья — нефти, ее способа переработки и химического состава.

Итак, состав керосина по ГОСТ:

• Алифатические предельные углеводороды — 20-60% от общей массы.
• Углеводороды нафтеновые — 20-50%.
• Ароматические бициклические углеводороды — 5-25%.
• Углеводороды непредельные — до 2%.
• Незначительное содержание примесей — сернистых, кислородных или азотистых.

Представим теперь важнейшие свойства данного вещества.

Применение керосина:

Керосин применяется в качестве топлива для различных двигателей, в качестве смазки движущихся деталей, как растворитель при промывке механизмов и деталей, как средство для обезжиривания поверхности, как ценное сырье для химической промышленности, в народной медицине.

Что такое авиационное топливо?

Топливом для использования в авиационной отрасли называется горючее вещество, предназначенное для подачи в смеси с воздухом в камеру сгорания самолётного двигателя. Цель – получение тепловой энергии, которая выделяется в момент окисления смеси кислородом, то есть сгорания. Топливо, заливаемое в кессонные баки летательных аппаратов, делится на два вида.

Авиационный бензин

Данный вид топлива получается с помощью прямой перегонки, риформинга или каталитического крекинга. Основными физико-химическими показателями авиабензина являются:

• стойкость к детонации;
• химическая стабильность;
• фракционный состав.

Для бензина характерными являются высокая испаряемость и пригодность к образованию необходимых для текущих условий полёта топливо-воздушных смесей.

Данный вид горючей смеси применяется для сжигания в поршневых двигателях внутреннего сгорания. Самолёты с такими моторами летают на небольшие расстояния на местных авиалиниях, используются для проведения демонстрационных полётов и авиашоу. Наиболее популярными в российской малой авиации считались марки этилированного бензина для нормальных и обеднённых смесей, разработанные к последней четверти прошлого века – Б91/115 и Б95/130. Сегодня парк малой авиации полностью заправляется обычным бензином АИ-95, либо импортным топливом AVGAS 100LL.

Интересно: Почему дети сосут палец? Причины, что делать, фото и видео

Авиационный керосин

Для сжигания в камере сгорания турбореактивного самолётного двигателя обычный бензин не годится. В поршневых двигателях используется эффект резкого воспламенения бензиновоздушной смеси для создания толчка на головке цилиндра. Совсем иной принцип используется в реактивных двигателях. Здесь важно, чтобы горение было плавным. Именно это и обеспечивает сжигаемый авиационный керосин.

Для заливки в кессоны реактивных самолётов используется топливо, которое получают из среднедистиллятной керосиновой фракции нефти с температурой выкипания 150-280°С. 96-98% состава авиационного керосина – это нафтеновые, парафиновые и ароматические углеводороды. Остальная доля в составе – за смолами, азотистыми и металлоорганическими соединениями.

Плотность

Одна из важнейших характеристик, используемых в отношении всех нефтепродуктов. И если сравнить плотность керосина и воды, мы увидим, что последняя будет выше. Приведем конкретные цифры:

• Плотность воды дистиллированной при «идеальной» температуре 3,7 °С — 1000 кг/м3.
• Плотность воды морской при «идеальной» температуре 3,7 °С — 1030 кг/м3.
• Плотность воды кипящей при 100 °С — 958,4 кг/м3.

Вам будет интересно:Как правильно: ЗАКС или ЗАГС?

Для дальнейшего сравнения плотности воды и керосина познакомимся с этой характеристикой уже касательно нефтепродукта. Это 800 кг/м3.

Надо сказать, что на первых этапах развития нефтяной промышленности плотность была единственной характеристикой керосина. Сегодня же на практике чаще всего используют такую величину, как относительная плотность. Это безразмерный показатель, равный соотношению истинных плотностей данного нефтепродукта и дистиллированной воды, взятых для сравнения при определенных температурах.

Так, плотность керосина при 20 °С будет составлять от 780 до 850 кг/м3.