Вязкость мазутов Вязкость и состав мазутов н углемазутных суспензий

Мазуты представляют собой высокосмолистые (35—85% смол) остаточные продукты переработки нефти. В зависимости от состава и происхождения различают парафинистые мазуты, содержащие значительное количество твердых углеводородов; сернистые мазуты, в которых содержится свыше 2—3% серы, и крекинг-мазуты, являющиеся остатком крекинг-процесса.

Товарные мазуты применяются главным образом в качестве топлива для паровых котлов и промышленных печей. Отдельные сорта мазутов используются для смазки грубых механизмов и в качестве мягчителей в резиновой промышленности. В дальнейшем мы будем иметь в виду только топочные мазуты. Технические требования к смазочным мазутам и их вязкостные свойства близки к высоковязким, малоочищенным смазочным маслам (см. главу VI).

Вязкость (наряду с теплотворной способностью) является основным техническим свойством мазутов и определяет их маркировку. Номера сорта, например 20 или 40, указывают на вязкость в градусах Энглера при 50е. Мазуты являются вязкими нефтепродуктами, а марки 40, 60 и 80, к которым относятся почти все крекинг-мазуты, составляют групцу высоковязких продуктов.

Вязкость мазутов определяется составом нефти, из которой они получены, характером технологического процесса и глубиной отбора масляных и более легких фракций. Как правило, она растет с увеличением содержания смол и уменьшением выхода мазута из нефти. Представление о вязкости типичных мазутов из отечественных нефтей дают данные, приведенные в табл. 57. Товарные мазуты обезличены и могут содержать продукты различного происхождения или их смеси.

Вязкость мазутов очень сильно зависит от температуры (фиг. 117). С увеличением вязкости температурный коэфициент вязкости мазутов возрастает; со снижением температуры различие в подвижности мазутов отдельных марок увеличивается.

Для вычисления вязкости мазутов при различных температурах пользуются номограммой, составленной на основе уравнения Вальтера, Ошибки, которые дает эта номограмма, не имеют боль

шого значения, так как вязкость мазутов определяется с невысокой точностью. Они являются единственным видом нефтепродуктов, для которых в советских стандартах сохранилось измерение вязкости с помощью вискозиметра Энглера.

При комнатной и даже при несколько более высокой температуре высоковязкие мазуты обладают аномальной вязкостью. Аномалия вязкости более резко выражена у парафинистых мазутов, чем у продуктов с малым содержанием парафина. Существуют отдельные указания на тиксотропию этих нефтепродуктов , но никаких систематических исследований в этой области не проводилось. Температура застывания и вязкость мазутов ниже 30—50° не постоянны. Они изменяются в зависимости от предварительного подогрева. Как видно из данных Н. И. Черно-жукова и А. М. Гутцайт , впервые исследовавших это явление, кажущаяся вязкость парафинистых мазутов даже при 40° с изменением температуры предварительной термической обработки может варьировать на 50% (табл. 58). К. И. Иванов указывает, что при снижении температуры зависимость вязкости от предварительного термического воздействия возрастает. Согласно данным этого автора у крекинг-мазутов температура застывания и вязкость при комнатной температуре также меняются с изменением температуры предварительного подогрева, но это явление выражено слабее, чем у парафинистых мазутов.

Н. И. Черножуков, К. И. Иванов и др. объясняют изменение вязкости мазутов после термической обработки способностью парафина кристаллизоваться в различных формах после нагрева и под влиянием смол. Было бы интересно подробнее исследовать это явление, так как оно имеет значение не только для понимания поведения мазутов, но и для познания механизма действия присадок к маслам.

Не вызывает сомнения, что многие мазуты при низких температурах являются пластичными телами, однако реология этого класса нефтепродуктов еще совершенно не разработана.

Предварительные опыты показывают, что предложенное автором деление минеральных масел на застывающие и загустевающие применимо и к мазутам. У исследованного автором крекинг-мазута при снижении температуры вязкость сильно нарастает, у парафинистого же мазута она увеличивается лишь незначительно, но резко повышается предельное напряжение сдвига (фиг. 118). Понятно, что поведение этих двух типов мазутов в эксплуатации должно быть различным. Это подтверждается неодинаковой способностью к сливу из цистерн неподогретых крекинг-и парафинистых мазутов (см. ниже). Однако пока еще получено недостаточно экспериментальных данных для заключения об общности этой классификации мазутов.

При температурах выше 50—60° все мазуты, в том числе высоковязкие, ведут себя как ньютоновские жидкости, их вязкость инвариантна и не зависит от предварительного нагревания, если последняя не вызывает химических изменений.

Вязкость смеси мазутов меньше вычисленной из закона простой пропорциональности, что указывает на сильную ассоциированность

этих жидкостей. А. И. Дворецкий отметил, что добавлением небольшого количества менее вязкого мазута можно резко снизить вязкость крекинг-мазутов. Последнее имеет практическое значение для применения и транспортирования таких высоковязких продуктов. Вязкость смесей мазутов вычисляется по обычной номограмме вязкости смеси нефтепродуктов.

В последнее время в качестве топлива находят применение угле-мазутные суспензии, представляющие собой взвеси частиц древесного или каменного угля (размером меньше 0,1 мм) в мазутах средней вязкости. Эти системы представляют интерес и с теоретической стороны, так как на их примере можно исследовать влияние твердых частиц на вязкость жидких нефтепродуктов. При повышении концентрации суспензии выше 5—10% вязкость резко увеличивается (фиг. 119), выше 50% суспензия теряет подвижность. Нарастание вязкости суспензии с повышением концентрации зависит от природы угля. Вопрос о влиянии дисперсности угля на загущение суспензии недостаточно ясен. Изменение размеров частиц от 10 до 100/, повидимому, не имеет значительного влияния.

Интересно, что температурный коэфициент вязкости угле-мазутных суспензий мало отличается от аналогичной величины для исходных мазутов. В отличие от высокомолекулярных растворенных добавок взвеси грубодисперсных частиц не увеличивают пологость вязкостно-температурных кривых жидких нефтепродуктов.