При положительных температурах (50 и 80 °С) условную вязкость топлив определяют по ГОСТ 6258—85 с помощью вискозиметра ВУМ. В США для определения вязкости используют вискозиметр Сейболта универсальный (для маловязких мазутов) и Сейболта Фурола (для высоковязких мазутов), в Англии — вискозиметр Редвуда. Между определенными в различных единицах вязкостями существует зависимость. В ряде спецификаций указывают вязкость, найденную экспериментально и пересчитанную в кинематическую (мм2/с).
Содержание серы. В остаточных топливах содержание серы зависит от типа перерабатываемой нефти (сернистой или высокосернистой) и технологии получения топлива. Сера в остаточных топливах находится в связанном состоянии (меркаптановая сера, сероводород). Наиболее коррозионно-агрессивных соединений — меркаптановой серы — в остаточных топливах меньше, чем в среднедистиллятных фракциях. Поэтому коррозионная агрессивность сернистых мазутов ниже, чем сернистых светлых нефтепродуктов.
При сжигании сернистых топлив сера превращается в оксиды — SO2 и SO3 Наличие в дымовых газах SO3 повышает температуру начала конденсации влаги — точку росы. В связи с тем, что температура хвостовых поверхностей котлов (воздухоподогревателей, экономайзеров) близка к точке росы дымовых газов, на этих поверхностях конденсируется серная кислота, которая и вызывает усиленную коррозию металла.
Содержание серы в мазутах оказывает значительное влияние на экологическое состояние воздушного бассейна. В ряде ведущих капиталистических стран в последние годы приняты ограничения по содержанию серы в мазутах до уровня 0,5—1,0 %. [3]
Теплота сгорания. Это одна из важнейших характеристик топлива, от которой зависит его расход, особенно для топлив, применяемых в судовых энергетических установках, так как при заправке топливом с более высокой теплотой сгорания увеличивается дальность плавания. Теплота сгорания зависит от отношения Н/С, а также элементного состава топлива и его зольности. Различают высшую и низшую теплоту сгорания. При определении высшей теплоты сгорания учитывают, что часть тепла, выделяющегося при сгораний топлива, расходуется на конденсацию паров воды, образовавшейся при сгорании водорода в топливе. При определении низшей теплоты сгорания тепло, затрачиваемое на образование воды, не учитывается.
Температура застывания. Как и вязкость, температура застывания характеризует условия слива и перекачки топлива. Она зависит от двух основных факторов: качества перерабатываемой нефти и способа получения топлива. Для топочных мазутов марок 40 и 100 tзаст находится в пределах 22—25 °С и практически постоянна при хранении топлив. Тяжелые моторные топлива, получаемые смешением остаточных и дистиллятных фракций, довольно не стабильны, их tпри хранении может повышаться на 4—15 °С. Явление это присуще только топливам, содержащим остаточные компоненты — такие как флотский мазут Ф-5, моторное топливо ДТ и ДМ и экспортный мазут. Полагают, что повышение tзаст при хранении (регрессия) обусловлено взаимодействием парафиновых углеводородов и асфальтено-смолистых веществ с образованием более жесткой кристаллической структуры. Это свойство топлив очень затрудняет их применение и не позволяет гарантировать соответствующее качество после хранения и транспортирования.
Большое влияние на tзаст оказывают температура нагрева, скорость охлаждения, наличие или отсутствие перемешивания и даже диаметр сосуда, в котором она определяется. Для котельных топлив tзаст изменяется в зависимости от условий термической обработки. [3]
Таблица 11 — Изменение температуры застывания, °С, моторных и котельных топлив при хранении.
| После термообработки (95-100°С) | После хранения в течение | |||||
| 1 сут. | 2 нед. | 1 мес. | З мес. | 6 мес. | 12 мес. | |
| Флотский мазут Ф-5 | ||||||
| -5 | 1 | 5 | 7 | 7 | 9 | 11 |
| -6 | -4 | 2 | 2 | 2 | 6 | 6 |
| -9 | -1 | -1 | -1 | -1 | 2 | 2 |
| -6 | 0 | 6 | 6 | 6 | 16 | 16 |
| -11 | -7 | -5 | -5 | -5 | -5 | -5 |
| -16 | -15 | -13 | -13 | -13 | -13 | -13 |
| -15 | -11 | -7 | -5 | -5 | -5 | -5 |
| -13 | -10 | -4 | -2 | -2 | -2 | -2 |
| -12 | -9 | -1 | -1 | 7 | 9 | 9 |
| -11 | -10 | -8 | -6 | -6 | -5 | -5 |
| Экспортный мазут | ||||||
| -2 | 2 | 8 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| -2 | 6 | 10 | 10 | 12 | 12 | 12 |
| 1 | 5 | 7 | 7 | 10 | 10 | 12 |
| -8 | -3 | 1 | 2 | 2 | 4 | 4 |
| -10 | -7 | -5 | -5 | -3 | -3 | -3 |
| 0 | 6 | 6 | 6 | 6 | 7 | 7 |
| Моторное топливо ДТ | ||||||
| -6 | -4 | -2 | -2 | -2 | -2 | -2 |
| -8 | -8 | -8 | -8 | -6 | -2 | -2 |
| -11 | -9 | -5 | -5 | -5 | -5 | -5 |
| Мазут марки 40 | ||||||
| 14 | 16 | 16 | 18 | 18 | 18 | 18 |
| 8 | 8 | 12 | 12 | 15 | 15 | 15 |
| 20 | 22 | 22 | 22 | 22 | 22 | 22 |
| 16 | 18 | 18 | 18 | 18 | - | 18 |
| 22 | 22 | 22 | 22 | 24 | 24 | 24 |
| Мазут марки 100 | ||||||
| 34 | 34 | 36 | 36 | 36 | 36 | 36 |
| 22 | 22 | 22 | 22 | 22 | 22 | 22 |
| 23 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 |
| 24 | 26 | 26 | 26 | 26 | 26 | 26 |
С повышением температуры термообработки до 40—70 °С топлива возрастает. Дальнейшее повышение температуры термообработки до 100 °С приводит к резкому ее снижению, что связано с изменением структуры топлива, а именно, с повышением температуры в структуре мазута, представляющего собой сплошную сетку, составленную из мелких игл с вкраплением в нее крупных кристаллических конгломератов парафинов, последние постепенно исчезают, и структура становится однородно сетчатой. Не менее важна и скорость охлаждения топлив. С увеличением скорости охлаждения tзаст, как правило, повышается вследствие возникновения большого числа центров кристаллизации, равномерно распределенных по всему объему и способствующих созданию прочной структурной решетки парафина.
Рассчитать tзаст или установить ее значение во времени не представляется возможным, так как не удается учесть все факторы, влияющие на эту температуру, — продолжительность хранения, термические изменения, происходящие в процессе хранения.
Учитывая нестабильность tзаст, стандарты на флотский мазут, моторное топливо предусматривают гарантии изготовителя: по истечении 3 мес. хранения температура застывания не должна превышать установленного стандартом значения минус 5 °С — для флотского мазута и моторного топлива. Срок гарантии установлен, исходя из экспериментальных данных. Как правило, изменение после 3 мес. хранения крайне редко.
Регрессия температуры застывания обуславливает необходимость выработки топлива с запасом качества по этому показателю, что приводит к вовлечению в состав таких продуктов неоправданно большого количества дизельного топлива. Так, для получения флотского мазута Ф-5 на нефтеперерабатывающем предприятии вовлекают в мазут 50—60 % дизельного топлива, а для получения топлива, удовлетворяющего требованиям ГОСТ 10585-75 по всем показателям качества, кроме tзаст, достаточно 12,5—40 % дизельного топлива.
Таблица 12 — Характеристики флотского мазута без присадки и с депрессорной присадкой.
| Показатели | Образец № 1 | Образец № 2 | ||
| без присадки | 0,01 % присадки | без присадки | 0,05 % присадки | |
| Состав, %: мазут прямогонный дизельная фракция | 40-50 60-50 | 87 13 | 45-50 55-60 | 70 30 |
| Условная вязкость при 50°С, °ВУ | 1,2-2,0 | 3,63 | 1,6-3,1 | 5,0 |
| Зольность, % | 0,001-0,03 | 0,024 | 0,008-0,017 | 0,012 |
| Массовая доля серы, % | 0,7-1,2 | 1,34 | 1,1-1,5 | 1,44 |
| Температура застывания после 3 мес. хранения, °С | -7.. .-11 | -11 | -7...-Э | -16 |
| Коксуемость, % | 1,3-3,9 | 3,05 | 3,6-4.0 | 4,1 |
| Показатели | Образец № 3 | Образец № 4 | ||
| без присадки | 0,03% присадки | без присадки | 0,05% присадки | |
| Состав, %: мазут прямогонный дизельная фракция | 30-40 70-60 | 75 25 | 45-55 55-45 | 60 40 |
| Условная вязкость при 50 °С, °ВУ | 1,7-2,5 | 4,36 | 1,8-4,3 | 3,53 |
| Зольность, % | 0,018-0,023 | 0,040 | 0,014-0,018 | 0,038 |
| Массовая доля серы, % | 1,2-1,3 | 1,94 | 1,3-1,6 | 1,6 |
| Температура застывания после 3 мес. хранения, °С | -7.. .-9 | -8 | -7...-11 | -15 |
| Коксуемость, % | 2,1 -3,0 | 5,2 | 3,0-5,6 | 4,2 |
Для снижения температуры застывания применяют депрессорные присадки, синтезированные на основе сополимера этилена с винилацетатом. Механизм их действия заключается в модификации структуры кристаллизующегося парафина, препятствующей образованию прочной кристаллической решетки.
С углублением переработки нефти содержание асфальто-смолистых веществ в топливах будет увеличиваться, поэтому все более острой становится проблема производства стабильных котельных топлив. Асфальтены в мазутах находятся в коллоидном состоянии. Устойчивость асфальтено-содержащих дисперсных систем зависит от природы циклического углеводорода и его концентрации в дисперсной среде. Наличие ароматических и нафтеновых углеводородов повышает седиментационную устойчивость дисперсной системы, причем для ароматических углеводородов этот эффект значительно больше, чем для нафтеновых: ароматические углеводороды более склонны к взаимодействию с молекулами асфальтенов, растворимость последних тем больше, чем выше концентрация ароматического компонента. В такой среде асфальтены диспергируются с образованием тонкодисперсных коллоидных и молекулярно-дисперсных частиц. В среде парафиновых углеводородов образуется преимущественно грубодисперсная система. Так как нафтеновые углеводороды по строению являются промежуточными между парафиновыми и ароматическими, то и кинетическая и агрегативная устойчивость асфальтенов в них меньше, чем в ароматических, и больше, чем в парафиновых.