Определение фракционного состава нефти

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА

 

Фракционированием называется разделение сложной смеси  компонентов на смеси более простого состава или, в пределе, на индивидуальные составляющие. Применительно к нефти такое разделение можно проводить разными методами, основанными на различиях в физико-химических свойствах веществ нефти: температурах кипения (перегонка н ректификация), скоростях испарения, зависящих главным образом от молекулярной массы (молекулярная перегонка, тонкослойное Испарение), склонности к адсорбции на различных пористых телах (хроматография), растворимости в различных растворителях (экстракции), температурах плавления (кристаллизация из растворов) в др.

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА НЕФТЕПРОДУКТОВ  
РАЗГОНКОЙ В СТАНДАРТНЫХ АППАРАТАХ

 

В ГОСТах на нефтяное топливо и бензины для промышленно-технических целей в разделе “технические требования” одним из показателей является фракционный состав, который определяется в стандартных аппаратах. Обычно, для карбюраторных и реактивных топлив нормируются температура начала кипения; температуры, при которых отгоняется 10, 50 и 90% (об.) от загрузки. Кроме того, нормируется температура, при которой отгоняется 97,5% для авиационных бензинов и бензинов-растворителей; 98% для реактивных топлив; 96% для дизельных топлив, и температура конца кипения автомобильных бензинов.

Фракционный состав моторных топлив имеет очень  важное эксплуатационное значение, так  как характеризует их испаряемость в двигателях и давление паров  при различных температурах и  давлениях. Топливо для двигателей с зажиганием от искры должно иметь  такую испаряемость, которая обеспечила бы легкий запуск двигателя при низких температурах, быстрый прогрев двигателя, его хорошую приемистость к переменам режима и равномерное распределение топлива по цилиндрам. Топливо для воздушно-реактивных двигателей должно быть утяжеленного фракционного состава (порядка 150—280 ⁰С) для обеспечения надежной работы системы подачи топлива на больших высотах без образования паровых пробок. Вместе с тем топливо должно отличаться хорошей испаряемостью в камере сгорания и полнотой сгорания.

 

 

 

 

 

 

 

Фракционный состав дизельного топлива также  оказывает большое влияние на скорость его испарения и образование смеси с воздухом после впрыска. Однако облегчение фракционного состава ухудшает воспламенительные свойства дизельного топлива. Хотя условия испарения топлива в двигателях резко отличаются от условий перегонки в стандартном аппарате, при испытаниях различных топлив в дорожных и летных условиях была найдена определенная связь между нормируемыми температурами при стандартной разгонке и поведением топлива в двигателе. Это и дает возможность устанавливать необходимые требования к фракционному составу топлив, предназначенных для различных двигателей.

Поясним для примера значение нормируемых  температур при разгонке автомобильных и авиационных бензинов.

Температура начала кипения и особенно температура выкипания 
10% топлива характеризует пусковые свойства топлива. Чем ниже эта температура, тем, следовательно, больше в топливе легкоиспаряющихся веществ и тем легче и при более низкой температуре можно запустить холодный двигатель. Однако чрезмерное облегчение фракционного состава, особенно для авиационных топлив, недопустимо, так как приводит к образованию газовых пробок в топливоподающей системе и прекращению подачи топлива в камеру сгорания. Поэтому температура начала кипения нормируется всегда не ниже определенного значения.

Температура выкипания 50% топлива  оказывает решающее влияние на быстроту прогрева запущенного на ходу двигателя и на расход топлива для этой цели. С понижением t₅₀ прогрев ускоряется, а расход топлива на него снижается; значительно улучшается также приемистость двигателя, т. е. легкость перехода его с одного режима на другой, что особенно важно для автомобильных двигателей в условиях городского транспорта. Но и чрезмерное уменьшение  также нежелательно, поскольку при испарении легколетучих веществ температура существенно понижается, и это может вызвать обледенение карбюратора даже при температурах выше 10 ⁰С.

Не меньшее значение имеет и  полнота испарения топлива, которая 
по данным стандартной разгонки хорошо характеризуется температурами выкипания 90, 96 - 98% топлива и конца кипения. При повышении этих температур уменьшается полнота испарения топлива, что влечет за собой неравномерность его распределения по цилиндрам двигателя, разжижение смазки, увеличение расхода топлива и масла.

Определение фракционного состава  авиационных и автомобильных бензинов, топлив для реактивных двигателей, дизельного топлива проводят в специальных  аппаратах. Для получения хорошей сходимости результатов перегонки весьма важно точно соблюдать все указания стандартной методики и применять стандартную аппаратуру.

Так как нефтепродукты иногда содержат воду, то перед перегонкой ее необходимо удалить отстоем. Для окончательной  осушки легкого дизельного топлива его взбалтывают со свежепрокаленным и измельченным сульфатом натрия или гранулированным хлоридом кальция, после чего фильтруют. Тяжелые топлива для осушки нагревают до 50⁰С и фильтруют несколько раз через слой крупнокристаллической свежепрокаленной поваренной соли.

Проведение разгонки

 

В чистую сухую колбу диаметром 70 мм с помощью  мерного цилиндра  наливают 100 мл испытуемого нефтепродукта, имеющего температуру 20±3⁰С. Затем в шейку колбы вставляют на хорошо пригнанной пробке термометр с градуировкой от 0 до 360⁰С. При этом ось термометра должна совпадать с осью шейки колбы, а верх ртутного шарика находиться на уровне нижнего края отводной трубки вместе ее припая. Протирают трубку холодильника и соединяют с ней отводную трубку колбы при помощи пробки. Отводная трубка колбы должна входить в трубку холодильника на 25 - 40 мм и не касаться ее стенок.

При разгонке бензинов ванну холодильника заполняют льдом и заливают водой, поддерживая температуру от 0 до 5⁰С. При разгонке нефтепродуктов с более высокими температурами кипения охлаждение проводят проточной водой, подавая ее через нижний патрубок и отводя через верхний. Температура отходящей воды не должна превышать 30⁰С.

В собранном  приборе колба должна стоять на асбестовой прокладке нижней половины кожуха строго вертикально. Затем закрывают колбу верхней частью кожуха. Мерный цилиндр, не высушивая, ставят под нижний конец трубки холодильника так, чтобы трубка холодильника входила в цилиндр не менее чем на 25 мм, но не ниже метки 100 мл. При перегонке тяжелых топлив ставят чистый и сухой цилиндр. При перегонке бензинов мерный цилиндр помещают в стеклянный сосуд с водой и, чтобы он не всплывал, на его основание кладут подковообразный груз. Отверстие цилиндра закрывают ватой или фильтровальной бумагой. Записывают барометрическое давление. После сборки прибора колбу равномерно нагревают газовой горелкой с регулятором или электронагревателем с плавным регулированием мощности. Нефтепродукт испаряется, конденсируется в холодильнике и поступает в мерный цилиндр. Для соблюдения стандартных условий разгонки необходимо регулировать обогрев таким образом, чтобы от начала обогрева до падения первой капли дистиллята в приемник прошло не менее 5 и не более 10 мин (для керосинов и легких дизельных 
топлив 10-15 мин).

Температуру, при которой в мерный цилиндр падает первая капля, отмечают как температуру начала кипения. Дальнейшая интенсивность нагрева должна обеспечивать равномерную скорость перегонки с отбором 4-5 мл дистиллята в     1 мин, что примерно соответствует 20 - 25 каплям в 10с. Записи результатов определения фракционного состава проводят в соответствии с техническими условиями на данный нефтепродукт либо отмечают температуры, при которых уровень жидкости в приемном цилиндре соответствует 10, 50, 90, 97,5 или 98% отгона, либо, наоборот, отмечают количество отгона при определенных нормируемых температурах (например, 100, 200, 260, 270⁰С). В случае необходимости отмечают также температуру конца кипения.

Разгонку нефти и тяжелых  темных нефтепродуктов проводят в аналогичном аппарате. Эти вещества наливают в перегонную колбу той же конфигурации, но имеющей диаметр 85 мм. Во время перегонки отмечают температуру начала кипения и объемы конденсатов при 100, 120, 150, 160⁰С и далее - через каждые 20⁰С до 300⁰С.

После отгонки 90% нефтепродукта нагрев регулируют так, чтобы до конца разгонки, т. е. до выключения нагрева, прошло от 3 до 5 мин. При разгонке керосинов и легкого дизельного топлива после получения 95% отгона нагрев не усиливают, но отмечают время до конца разгонки - оно не должно превышать    3 мин. Обогрев выключают в тот момент, когда в мерном цилиндре объем станет равным высшему нормируемому количеству отгона (97,5%, 98% и т. п.) для данного нефтепродукта. Если же нормируется температура конца кипения, то нагрев ведут до тех пор, пока ртутный столбик термометра не остановится на некоторой высоте, а после этого не начнет опускаться.

Запись последнего объема дистиллята в мерном цилиндре проводят по истечении 5 мин после прекращения нагрева, чтобы дистиллят стек из холодильника. Для определения объема остатка прибор разбирают и горячий остаток выливают в цилиндр вместимостью 10 мл. После охлаждения до 20±3°С отмечают объем остатка. Все отсчеты при разгонке ведут с точностью до 0,5 мл и до 1 °С. Разность между 100 мл и суммой объемов дистиллята и остатка записывают как потери при разгонке.

Если разгонка ведется при барометрическом  давлении выше 102,4 кПа или ниже 99,8 кПа, то в показания термометра вводят поправки по формуле:

С = 0,0009(101,3-р) (273+t)

где р - барометрическое давление во время разгонки, кПа, t- показания термометра, ⁰С.

В ГОСТ 2177—82 имеется таблица поправок на барометрическое давление.

Для двух параллельных разгонок допускаются  следующие расхождения: для температуры  начала разгонки 4 ⁰С, для конечных и промежуточных точек фракционного состава 2 ⁰С и 1 мл, для остатка 0,2 мл. Определение фракционного состава тяжелых дизельных топлив и других темных нефтепродуктов проводят в том же аппарате, но с применением асбестовой прокладки с соответствующим внутренним фасонным отверстием. Интенсивность первоначального нагрева колбы при разгонке тяжелых нефтепродуктов должна быть такова, чтобы капля с конца холодильника упала не ранее чем через 10 мин и не позже, чем через 20 мин от начала нагрева, а скорость отгона первых 8-10 мл была 2—3 мл/мин. В дальнейшем отбор дистиллята ведут со скоростью 4—5 мл/мин.

 

При разгонке топлив с температурой застывания выше — 5⁰С скорость подачи воды в холодильник регулируют так, чтобы температура отходящей из холодильника воды при разгонке до 250⁰С была в пределах 30-40⁰С, а после 250 ⁰С -  в пределах 60 - 75⁰С. Если это условие нарушается то высокоплавкие парафины, входящие в состав перегоняемого продукта, могут отложиться в трубке холодильника. В остальном разгонку и определение фракционного состава ведут, как описано выше. Для периодического контроля фракционного состава светлых нефтепродуктов используют также автоматический аппарат для разгонки (ЛАФС). ЛАФС собран из тех же основных частей, что и стандартный аппарат, представленный. Однако нагрев и регулирование скорости разгонки в этом приборе полностью автоматизированы, а фиксация результатов осуществляется регистрирующим самопишущим устройством, с помощью которого на картограмме записывается кривая разгонки в координатах температура - объем дистиллята. При обслуживании этого прибора лаборанту необходимо только налить в аппарат анализируемый нефтепродукт, а в конце анализа освободить приемник от дистиллята. Все остальные операции осуществляются автоматически.

Ускоренное проведение разгонки нефтепродуктов можно осуществить в лабораторном автоматическом анализаторе фракционного состава, причем для разгонки используется не более 3 мл нефтепродукта.

Результаты  работы представлены в таблице 1

Образец нефти №	Температура начала кипения, 0С	Объем отобранной фракции, мл	Температура отбора, 0С	Выход светлой фрации, мл	Потери, мл
1	70	5	86	62	7
		10	98
		15	116
		20	132
		25	145
		30	156
		35	160
		40	185
		45	198
		50	218
		55	240
		60	271

 

 

Вывод: освоил методику проведения определения  фракционного состава на нефти Уренгойского месторождения. Построил график. В нефти Уренгойского месторождения содержится:

1).бензиновых фракций  - 39%                        3).дизельного топлива- 6%

2).керосиновых фракций- 17%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная  работа

По дисциплине : Химия нефти

 

На тему : «Определение фракционного состава нефти»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

                                                                 Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

 

Тюмень, 2012 год.