Топливные масла: состав, применение и виды.

Введение

Нефтепродукт, сжигаемый для получения механической энергии или тепла.

Топливное масло – это любая из различных фракций, получаемых при перегонке нефти (сырой нефти). Эти масла включают дистилляты (более легкие фракции) и остатки (более тяжелые фракции). К топливным маслам относятся тяжелое мазутное топливо (бункерное топливо), морское топливо (МТО), печное топливо (ФО), газовое масло (газоэль), отопительные масла (например, для бытового отопления), дизельное топливо и другие. Термин "топливное масло" обычно включает любое жидкое топливо, которое сжигается в печи или котле для получения тепла (отопительные масла), или используется в двигателе для выработки энергии (в качестве моторного топлива). Однако, как правило, не включает другие жидкие масла, такие как масла с температурой вспышки около 0,7, или масла, сжигаемые в фитильных горелках с хлопковыми или шерстяными фитилями. В более строгом смысле, топливное масло относится только к самым тяжелым коммерческим видам топлива, которые могут быть получены из сырой нефти, то есть к топливу, более тяжелому, чем бензин и нефтяной нафт. Топливное масло состоит из углеводородов с длинной цепью, в частности алканов, циклоалканов и ароматических соединений. Небольшие молекулы, такие как пропан, нафта, бензин и керосин, имеют относительно низкую температуру кипения и удаляются в начале процесса фракционной перегонки. Более тяжелые нефтепродукты, такие как дизельное топливо и смазочные масла, гораздо менее летучи и перегоняются медленнее.

Применение

Нефть имеет множество применений: для отопления домов и предприятий, а также в качестве топлива для грузовиков, кораблей и некоторых автомобилей. Небольшое количество электроэнергии вырабатывается дизельным топливом, но оно более загрязняет окружающую среду и дороже природного газа. Оно часто используется в качестве резервного топлива для пиковых электростанций в случае перебоев с поставками природного газа или в качестве основного топлива для небольших электрогенераторов. В Европе использование дизельного топлива обычно ограничено легковыми автомобилями (около 40%), внедорожниками (около 90%) и грузовиками и автобусами (более 99%). Рынок отопления домов мазутом сократился из-за широкого распространения природного газа и тепловых насосов. Однако оно по-прежнему широко распространено в некоторых регионах, таких как северо-восток Соединенных Штатов. Остаточное топливо менее полезно, поскольку оно настолько вязкое, что требует предварительного нагрева специальной системой перед использованием и может содержать относительно большое количество загрязняющих веществ, особенно серы, которая при сгорании образует диоксид серы. Однако его нежелательные свойства делают его очень дешевым. Фактически, это самое дешевое жидкое топливо. Поскольку для использования требуется нагрев, остаточное топливо нельзя использовать в автомобилях, лодках или небольших судах, так как нагревательное оборудование занимает ценное пространство и увеличивает вес транспортного средства. Нагрев масла также является деликатной процедурой, непрактичной для небольших и быстро движущихся транспортных средств. Однако электростанции и крупные суда могут использовать остаточное топливо. Использование остаточного топлива было более распространено в прошлом. Оно приводило в действие котлы, паровозы и пароходы. Однако локомотивы теперь работают на дизельном или электрическом топливе; пароходы встречаются реже из-за более высоких эксплуатационных расходов (большинство танкеров СПГ используют паровые установки, поскольку "испаряющийся" газ, выделяемый из груза, может использоваться в качестве источника топлива); и большинство котлов теперь используют мазут или природный газ. Некоторые промышленные котлы до сих пор используют его, как и некоторые старые здания, в том числе в Нью-Йорке. В 2011 году Нью-Йорк оценил, что 1% его зданий, сжигающих мазут № 4 и № 6, были ответственны за 86% загрязнения сажей, производимого всеми зданиями города. Нью-Йорк включил отказ от этих марок топлива в свой экологический план PlaNYC из-за опасений по поводу последствий для здоровья, вызванных мелкими частицами, и все здания, использующие мазут № 6, к концу 2015 года были переведены на менее загрязняющее топливо. Использование остаточного топлива в производстве электроэнергии также сократилось. В 1973 году остаточный мазут производил 16,8% электроэнергии в США. К 1983 году этот показатель снизился до 6,2%, а по состоянию на 2005 год производство электроэнергии из всех видов нефти, включая дизельное топливо и остаточное топливо, составляет всего 3% от общего объема производства. Снижение является результатом ценовой конкуренции с природным газом и экологических ограничений на выбросы. Для электростанций затраты на нагрев масла, дополнительный контроль загрязнения и дополнительное обслуживание, необходимое после его сжигания, часто перевешивают низкую стоимость топлива. Сжигание мазута, особенно остаточного, производит стабильно более высокие выбросы углекислого газа, чем природный газ. Тяжелые мазуты по-прежнему используются в установке "розжига" котлов на многих угольных электростанциях. Это использование примерно аналогично использованию растопки для розжига костра. Без выполнения этой операции трудно начать процесс сжигания в больших масштабах. Главный недостаток остаточного мазута — его высокая начальная вязкость, особенно в случае мазута № 6, для которого требуется правильно спроектированная система хранения, перекачки и сжигания. Хотя он обычно легче воды (с удельным весом обычно в диапазоне от 0,95 до 1,03), он намного тяжелее и вязче, чем мазут № 2, керосин или бензин. Мазут № 6, фактически, должен храниться при нагреве до примерно [температура] перед тем, как его можно будет легко перекачивать, а при более низких температурах он может застыть в полутвердую смолу. Температура вспышки большинства смесей мазута № 6, кстати, составляет около [температура]. Попытки перекачивать высоковязкое масло при низких температурах часто приводили к повреждению топливопроводов, печей и сопутствующего оборудования, которые часто были рассчитаны на более легкое топливо. Для сравнения, тяжелое топливо BS 2869 Class G ведет себя аналогичным образом, требуя хранения при [температура], перекачки при примерно [температура] и подготовки к сжиганию при примерно [температура].

Oil has many uses; it heats homes and businesses and fuels trucks, ships, and some cars. A small amount of electricity is produced by diesel, but it is more polluting and more expensive than natural gas. It is often used as a backup fuel for peaking power plants in case the supply of natural gas is interrupted or as the main fuel for small electrical generators. In Europe, the use of diesel is generally restricted to cars (about 40%), SUVs (about 90%), and trucks and buses (over 99%). The market for home heating using fuel oil has decreased due to the widespread penetration of natural gas as well as heat pumps. However, it is very common in some areas, such as the Northeastern United States. Residual fuel oil is less useful because it is so viscous that it has to be heated with a special heating system before use and it may contain relatively high amounts of pollutants, particularly sulfur, which forms sulfur dioxide upon combustion. However, its undesirable properties make it very cheap. In fact, it is the cheapest liquid fuel available. Since it requires heating before use, residual fuel oil cannot be used in road vehicles, boats or small ships, as the heating equipment takes up valuable space and makes the vehicle heavier. Heating the oil is also a delicate procedure, which is impractical on small, fast moving vehicles. However, power plants and large ships are able to use residual fuel oil. Use of residual fuel oil was more common in the past. It powered boilers, railroad steam locomotives, and steamships. Locomotives, however, have become powered by diesel or electric power; steamships are not as common as they were previously due to their higher operating costs (most LNG carriers use steam plants, as "boil off" gas emitted from the cargo can be used as a fuel source); and most boilers now use heating oil or natural gas. Some industrial boilers still use it and so do some old buildings, including in New York City. In 2011 New York City estimated that the 1% of its buildings that burned fuel oils No. 4 and No. 6 were responsible for 86% of the soot pollution generated by all buildings in the city. New York made the phase out of these fuel grades part of its environmental plan, PlaNYC, because of concerns for the health effects caused by fine particulates, and all buildings using fuel oil No. 6 had been converted to less polluting fuel by the end of 2015. Residual fuel's use in electrical generation has also decreased. In 1973, residual fuel oil produced 16.8% of the electricity in the US. By 1983, it had fallen to 6.2%, and as of 2005, electricity production from all forms of petroleum, including diesel and residual fuel, is only 3% of total production. The decline is the result of price competition with natural gas and environmental restrictions on emissions. For power plants, the costs of heating the oil, extra pollution control and additional maintenance required after burning it often outweigh the low cost of the fuel. Burning fuel oil, particularly residual fuel oil, produces uniformly higher carbon dioxide emissions than natural gas. Heavy fuel oils continue to be used in the boiler "lighting up" facility in many coal fired power plants. This use is approximately analogous to using kindling to start a fire. Without performing this act it is difficult to begin the large scale combustion process. The chief drawback to residual fuel oil is its high initial viscosity, particularly in the case of No. 6 oil, which requires a correctly engineered system for storage, pumping, and burning. Though it is still usually lighter than water (with a specific gravity usually ranging from 0.95 to 1.03) it is much heavier and more viscous than No. 2 oil, kerosene, or gasoline. No. 6 oil must, in fact, be stored at around heated to before it can be easily pumped, and in cooler temperatures it can congeal into a tarry semisolid. The flash point of most blends of No. 6 oil is, incidentally, about Attempting to pump high viscosity oil at low temperatures was a frequent cause of damage to fuel lines, furnaces, and related equipment which were often designed for lighter fuels. For comparison, BS 2869 Class G heavy fuel oil behaves in similar fashion, requiring storage at , pumping at around and finalizing for burning at around
Most of the facilities which historically burned No. 6 or other residual oils were industrial plants and similar facilities constructed in the early or mid 20th century, or which had switched from coal to oil fuel during the same time period. In either case, residual oil was seen as a good prospect because it was cheap and readily available. Most of these facilities have subsequently been closed and demolished, or have replaced their fuel supplies with a simpler one such as gas or No. 2 oil. The high sulfur content of No. 6 oil—up to 3% by weight in some extreme cases—had a corrosive effect on many heating systems (which were usually designed without adequate corrosion protection in mind), shortening their lifespans and increasing the polluting effects. This was particularly the case in furnaces that were regularly shut down and allowed to go cold, because the internal condensation produced sulfuric acid. Environmental cleanups at such facilities are frequently complicated by the use of asbestos insulation on the fuel feed lines. No. 6 oil is very persistent, and does not degrade rapidly. Its viscosity and stickiness also make remediation of underground contamination very difficult, since these properties reduce the effectiveness of methods such as air stripping. When released into water, such as a river or ocean, residual oil tends to break up into patches or tarballs – mixtures of oil and particulate matter such as silt and floating organic matter – rather than form a single slick. An average of about 5 10% of the material will evaporate within hours of the release, primarily the lighter hydrocarbon fractions. The remainder will then often sink to the bottom of the water column.

Большинство предприятий, которые исторически использовали мазут № 6 или другие остаточные масла, были промышленными предприятиями и аналогичными объектами, построенными в начале или середине 20-го века, или которые перешли с угля на нефтяное топливо в тот же период. В любом случае остаточное масло рассматривалось как перспективный вариант, поскольку оно было дешевым и легкодоступным. Большинство этих предприятий впоследствии были закрыты и снесены или заменили свои запасы топлива на более простое, такое как газ или мазут № 2. Высокое содержание серы в мазуте № 6 — до 3% по весу в некоторых крайних случаях — оказывало коррозионное воздействие на многие системы отопления (которые обычно проектировались без надлежащей защиты от коррозии), сокращая срок их службы и увеличивая загрязнение. Это особенно касалось печей, которые регулярно выключались и остывали, поскольку внутренняя конденсация производила серную кислоту. Очистка окружающей среды на таких объектах часто осложняется использованием асбестовой изоляции на топливопроводах. Мазут № 6 очень устойчив и не разлагается быстро. Его вязкость и липкость также затрудняют восстановление загрязнения подземных вод, поскольку эти свойства снижают эффективность таких методов, как воздушная очистка. При попадании в воду, например, в реку или океан, остаточное масло, как правило, распадается на пятна или смоляные шары — смеси масла и твердых частиц, таких как ил и плавающий органический материал, — а не образует единую пленку. В среднем около 5-10% материала испаряется в течение нескольких часов после выброса, в основном более легкие фракции углеводородов. Остальное затем часто оседает на дно водной толщи.

Влияние на здоровье

Из-за низкого качества бункерного топлива, при сгорании оно особенно вредно для здоровья человека, вызывая серьезные заболевания и смерть. До введения ограничения на содержание серы в топливе Международной морской организацией (IMO) в 2020 году, загрязнение воздуха от судоходства, по оценкам, приводило к около 400 000 преждевременных смертей в год от рака легких и сердечно-сосудистых заболеваний, а также к 14 миллионам случаев детской астмы ежегодно. Даже после внедрения более строгих правил по топливу в 2020 году, загрязнение воздуха от судоходства по-прежнему оценивается в около 250 000 смертей в год и около 6,4 миллиона случаев детской астмы ежегодно. Страны, наиболее подверженные воздействию загрязнения воздуха от судов, – это Китай, Япония, Великобритания, Индонезия и Германия. В 2015 году загрязнение воздуха от судоходства, по оценкам, стало причиной смерти 20 520 человек в Китае, 4019 человек в Японии и 3192 человек в Великобритании. Согласно исследованию ICCT, страны, расположенные на основных судоходных путях, особенно уязвимы, и на долю судоходства может приходиться высокий процент общей смертности от загрязнения воздуха в транспортном секторе. В Тайване в 2015 году на судоходство приходилось 70% всех смертей от загрязнения воздуха, связанных с транспортом, далее следуют Марокко с 51%, Малайзия и Япония – по 41%, Вьетнам – 39%, и Великобритания – 38%.

Бензовое топливо

Бункерное топливо или бункерная нефть – это технически любой вид мазута, используемый на борту водных судов. Его название происходит от угольных бункеров, где первоначально хранилось топливо. В 2019 году крупные суда потребляли 213 миллионов метрических тонн бункерного топлива. Австралийская таможня и Австралийская налоговая служба определяют бункерное топливо как топливо, которое приводит в действие двигатель судна или самолета. Бункер А – это No. 4 мазут, бункер Б – No. 5, а бункер С – No. 6. Поскольку No. 6 является наиболее распространенным, "бункерное топливо" часто используется как синоним No. 6. No. 5 мазут также называют специальным топливным маслом для военно-морского флота (NSFO) или просто специальным для военно-морского флота; No. 5 или 6 также обычно называют тяжелым топливным маслом (HFO) или печным топливным маслом (FFO); высокая вязкость требует нагрева, обычно с помощью рециркулирующей системы паров низкого давления, прежде чем масло можно будет перекачать из бункерного резервуара. В современной морской практике бункеры редко маркируются таким образом. С 1980-х годов Международная организация по стандартизации (ISO) является принятым стандартом для морских топлив (бункеров). Стандарт перечислен под номером 8217, с последними обновлениями в 2010 и 2017 годах. Последнее издание спецификации для бункерного топлива – ISO 8217:2017. Стандарт подразделяет топлива на остаточные и дистиллятные. Наиболее распространенными остаточными видами топлива в судоходной отрасли являются RMG и RMK. Различия между ними заключаются в основном в плотности и вязкости, причем RMG обычно поставляется при 380 центистоках или менее, а RMK при 700 центистоках или менее. Суда с более продвинутыми двигателями могут обрабатывать более тяжелое, вязкое и, следовательно, дешевое топливо. Регулирующие органы по всему миру, например, Калифорния, Европейский Союз, создали зоны контроля выбросов (ECA), которые ограничивают максимальное содержание серы в топливе, сжигаемом в их портах, чтобы ограничить загрязнение, снижая процент серы и других частиц с 4,5% м/м до всего 0,10% с 2015 года внутри ECA. С 2013 года 3,5% продолжало быть разрешенным за пределами ECA, но Международная морская организация планирует снизить требование к содержанию серы за пределами ECA до 0,5% м/м к 2020 году. Здесь вступают в игру морские дистиллятные топлива и другие альтернативы использованию тяжелого бункерного топлива. Они имеют аналогичные свойства дизельному топливу No. 2, которое используется в качестве дорожного дизельного топлива во всем мире. Наиболее распространенными сортами, используемыми в судоходстве, являются DMA и DMB. Выбросы парниковых газов, вызванные использованием международных бункерных топлив, в настоящее время включены в национальные инвентаризационные отчеты. + Таблица масел для топлива Наименование Псевдоним Псевдоним Псевдоним Псевдоним Тип Длина цепи No. 1 топливное масло No. 1 дистиллят No. 1 дизельное топливо Керосин Авиационное топливо Дистиллят 9 16 No. 2 топливное масло No. 2 дистиллят No. 2 дизельное топливо Дизельное топливо для автомобильных дорог Дизельное топливо для железнодорожных перевозок Дизельное топливо для морских перевозок Дистиллят 10 20 No. 3 топливное масло No. 3 дистиллят No. 3 дизельное топливо Морское дизельное масло Дистиллят No. 4 топливо No. 4 дистиллят No. 4 остаточный мазут Бункер А Промежуточный мазут Дистиллят/Остаток 12 70 No. 5 топливо No. 5 остаточный мазут Тяжелый мазут Бункер Б Специальный мазут для военно-морских сил Печное топливо Остаток 12 70 No. 6 топливное масло No. 6 остаточный мазут Тяжелый мазут Бункер C Морской мазут Печное топливо Остаток 20 70 Тяжелый мазут по-прежнему является основным топливом для круизных судов, туристического сектора, который ассоциируется с чистым и дружественным имиджем. В резком контрасте, выбросы выхлопных газов из-за высокого содержания серы в HFO приводят к экологическому балансу, значительно худшему, чем для индивидуальной мобильности.

Bunker fuel or bunker crude is technically any type of fuel oil used aboard water vessels. Its name is derived from coal bunkers, where the fuel was originally stored. In 2019, large ships consumed 213 million metric tons of bunker fuel. The Australian Customs and the Australian Tax Office defines a bunker fuel as the fuel that powers the engine of a ship or aircraft. Bunker A is No. 4 fuel oil, bunker B is No. 5, and bunker C is No. 6. Since No. 6 is the most common, "bunker fuel" is often used as a synonym for No. 6. No. 5 fuel oil is also called Navy Special Fuel Oil (NSFO) or just navy special; No. 5 or 6 are also commonly called heavy fuel oil (HFO) or furnace fuel oil (FFO); the high viscosity requires heating, usually by a recirculated low pressure steam system, before the oil can be pumped from a bunker tank. Bunkers are rarely labeled this way in modern maritime practice. Since the 1980s the International Organization for Standardization (ISO) has been the accepted standard for marine fuels (bunkers). The standard is listed under number 8217, with recent updates in 2010 and 2017. The latest edition of bunker fuel specification is ISO 8217: 2017. The standard divides fuels into residual and distillate fuels. The most common residual fuels in the shipping industry are RMG and RMK. The differences between the two are mainly the density and viscosity, with RMG generally being delivered at 380 centistokes or less, and RMK at 700 centistokes or less. Ships with more advanced engines can process heavier, more viscous, and thus cheaper, fuel. Governing bodies around the world, e. g., California, European Union, have established Emission Control Areas (ECA) that limit the maximum sulfur of fuels burned in their ports to limit pollution, reducing the percentage of sulfur and other particulates from 4.5% m/m to as little as 0.10% as of 2015 inside an ECA. As of 2013 3.5% continued to be permitted outside an ECA, but the International Maritime Organization has planned to lower the sulfur content requirement outside the ECAs to 0.5% m/m by 2020. This is where Marine Distillate Fuels and other alternatives to use of heavy bunker fuel come into play. They have similar properties to diesel #2, which is used as road diesel around the world. The most common grades used in shipping are DMA and DMB. Greenhouse gas emissions resulting from the use of international bunker fuels are currently included in national inventories. + Table of fuel oils Name Alias Alias Alias Alias Alias Type Chain length No. 1 fuel oil No. 1 distillate No. 1 diesel fuel Kerosene Jet fuel Distillate 9 16 No. 2 fuel oil No. 2 distillate No. 2 diesel fuel Road diesel Rail diesel Marine gas oil Distillate 10 20 No. 3 fuel oil No. 3 distillate No. 3 diesel fuel Marine diesel oil Distillate No. 4 fuel oil No. 4 distillate No. 4 residual fuel oil Bunker A Intermediate fuel oil Distillate/Residual 12 70 No. 5 fuel oil No. 5 residual fuel oil Heavy fuel oil Bunker B Navy special fuel oil Furnace fuel oil Residual 12 70 No. 6 fuel oil No. 6 residual fuel oil Heavy fuel oil Bunker C Marine fuel oil Furnace fuel oil Residual 20 70

Heavy fuel oil is still the primary fuel for cruise ships, a tourism sector that is associated with a clean and friendly image. In stark contrast, the exhaust gas emissions due to HFO's high sulfur content result in an eco balance significantly worse than that for individual mobility.

Бункер

Термин "бункеровка" в широком смысле относится к хранению нефтепродуктов в резервуарах (среди прочего, различные значения). Точное значение может быть дополнительно уточнено в зависимости от контекста. Наиболее распространенное, более узкое применение относится к практике и бизнесу заправки судов. Операции по бункеровке осуществляются в морских портах и включают хранение бункерного (корабельного) топлива и его поставку судам. В качестве альтернативы, "бункеровка" может относиться к бортовой логистике загрузки топлива и распределения его по имеющимся бункерам (бортовым топливным бакам). Наконец, в контексте нефтяной промышленности Нигерии, "бункеровкой" стали называть незаконное перенаправление сырой нефти (которая часто впоследствии перерабатывается в кустарных установках в более легкие виды топлива) путем несанкционированного проделывания отверстий в транспортных трубопроводах, зачастую при помощи примитивных и опасных методов, приводящих к разливам. По состоянию на 2018 год около 300 миллионов метрических тонн мазута использовалось для бункеровки судов. С 1 января 2020 года вступили в силу правила, установленные Международной морской организацией (IMO), требующие от всех морских судов использовать мазут с очень низким содержанием серы (0,5% серы) или устанавливать системы очистки выхлопных газов для удаления избыточного диоксида серы. Выбросы от судов обычно контролируются следующими ограничениями на содержание серы в любом используемом на борту мазуте: 3,50% начиная с 1 января 2012 года и 0,50% начиная с 1 января 2020 года. Дальнейшее снижение содержания серы влечет за собой дополнительные затраты энергии и капитала и может повлиять на цену и доступность топлива. При правильном ценообразовании избыток дешевого, но грязного топлива может найти применение на других рынках, в том числе вытесняя часть производства энергии на суше в странах с недостаточной охраной окружающей среды.

Транспортировка

Мазут транспортируется по всему миру флотами нефтяных танкеров, осуществляющих поставки в стратегические порты подходящего размера, такие как Хьюстон (США); Сингапур; Фуджейра (Объединенные Арабские Эмираты); Балбоа и Кристобаль (Панама); Саха (Египет); Алхесирас (Испания) и Роттердам (Нидерланды). В случае отсутствия удобного морского порта, транспортировка во внутренних районах может осуществляться с использованием барж. Более легкие виды мазута также могут транспортироваться по трубопроводам. Основные физические цепочки поставок в Европе проходят вдоль реки Рейн.

Экологические вопросы

Выбросы от сжигания бункерного топлива на судах вносят вклад в изменение климата и повышение уровня загрязнения воздуха во многих портовых городах, особенно в тех, где выбросы от промышленности и дорожного транспорта находятся под контролем. Переход вспомогательных двигателей с тяжелого мазута на дизельное топливо во время стоянки судов в порту может привести к значительному сокращению выбросов, в частности диоксида серы (SO2) и твердых частиц (PM). Выбросы CO2 от проданного бункерного топлива не учитываются в национальных выбросах парниковых газов. Для небольших стран с крупными международными портами существует существенная разница между выбросами в территориальных водах и общим объемом выбросов от проданного топлива.