Анализ нефти

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Основные показатели, характеризующие состав и свойства нефти

Нефти СНГ весьма разнообразны по фракционному и химическому составу. Это необходимо учитывать при выборе схемы переработки сырой нефти того или иного месторождения на товарные продукты. Кроме того, с каждым годом растет добыча нефти на новых площадях и в новых нефтяных районах. Поэтому важной задачей является всестороннее исследование состава и свойств нефтей и продуктов их прямой перегонки. В зависимости от места и цели такого исследования оно может проводиться в разных масштабах и по различным программам (схемам).

Минимальная программа исследования включает лабораторную атмосферно-вакуумную перегонку (на 10-градусные фракции до 300 °С и 50-градусные после 300 °С) и физико-химическую характеристику нефти по следующим показателям: содержание минеральных примесей, температура вспышки, температура застывания, давление паров, коксуемость, плотность, вязкость при различных температурах, молекулярная масса, содержание серы и сернистых соединений, содержание парафина, содержание смолисто-асфальтеновых веществ, кислотность, элементный состав.

При необходимости получения детальных сведений о данной нефти ее исследование может быть значительно расширено. В этом случае, помимо оценки физико-химических характеристик нефти, необходимо проводить:

1) выделение растворенного в нефти газа и его полный анализ;

2) установление группового углеводородного состава нефти;

3) построение кривых разгонок с целью установления истинного содержания различных фракций;

4) выделение путем атмосферно-вакуумной перегонки товарных продуктов (бензина, керосина, топлива Т-1, дизельного топлива, дистиллятных и остаточных масел) и их оценка по главнейшим специфичным для них показателям;

5) выделение и характеристика широких фракций для вторичной переработки и остатков различной глубины отбора (мазутов, битумов).

2. Отбор проб нефти и жидких нефтепродуктов

Нефть и жидкие нефтепродукты могут двигаться, например перемещаться по трубопроводу, или находиться в покое в какой-либо емкости. Для этих двух основных случаев применяют соответствующие методы отбора проб. Различают индивидуальную, среднюю и контрольную пробы.

Индивидуальная проба характеризует нефть или нефтепродукты в определенное время при движении по трубопроводу или в определенном месте резервуара.

Средняя проба позволяет судить о свойствах и качестве нефти или нефтепродукта, находящегося в одной или нескольких емкостях или протекающего по трубопроводу в течение определенного времени. Средняя проба составляется смешением индивидуальных проб.

Контрольная проба служит для контроля некоторых показателей качества нефти или нефтепродукта и представляет собой часть средней или индивидуальной пробы.

Для характеристики качества нефти и нефтепродуктов и сравнения их показателей с требованиями технических норм наибольшее значение имеет средняя проба.

По ГОСТ 2517-69 среднюю пробу из горизонтальных и вертикальных резервуаров и танков наливного судна составляют в соответствии с табл. 4 из проб, отобранных, с трех уровней: верхний уровень - на расстоянии 200 мм ниже поверхности нефтепродукта; средний уровень - середина высоты налива; нижний уровень - на расстоянии 100 мм ниже нижнего обреза приемно-раздаточной трубы или на высоте 250 мм от дна, если в резервуаре отсутствует сливная труба или она расположена на расстоянии 350 мм от дна.

Отбор пробы на заданной высоте резервуара осуществляется с помощью пробоотборника, который представляет собой металлический цилиндр высотой 150 мм и объемом 1 л (рис. 18). Утяжеленное дно пробоотборника способствует его погружению даже в очень вязкую жидкость. Пробоотборник имеет крышку овальной формы, которая хорошо пригнана к внутренней поверхности цилиндра и может поворачиваться вокруг оси 2. В крышке имеются кольца 1 и 4 для цепей и кольцо 3 для рулетки. Для отбора пробы пробоотборник держат за цепь, прикрепленную к кольцу 4, и опускают его в нефтепродукт.

Число частей (объемных) при составлении средних проб нефти и нефтепродуктов

нефть переработка перегонка фракционный

Фракционированием называется разделение сложной смеси компонентов на смеси более простого состава или, в пределе, на индивидуальные составляющие. Применительно к нефти такое разделение можно проводить различными методами, основанными на различии в физико-химических свойствах веществ нефти: температурах кипения (перегонка и 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 (экстракция), температурах плавления (кристаллизация из растворов) и др.

Разгонкой в стандартных аппаратах

В технических условиях на авиационные и автомобильные бензины, авиационные, тракторные и осветительные керосины, дизельные топлива, а также растворители одним из важнейших показателей является фракционный состав. Обыкновенно для этих нефтепродуктов при проведении разгонки в стандартных условиях нормируются: температура начала кипения, температуры, при которых отгоняется 10, 50, 90 и 97,5% (об.) от загрузки, а также остаток (в%)'и иногда температура конца кипения.

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 °С) 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, однако 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 t_o 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 Uo оказывает решающее влияние на быстроту прогрева запущенного на холоду двигателя и на расход топлива для этой цели. С понижением 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°С.

Не меньшее значение имеет и полнота испарения топлива, которая по данным стандартной разгонки хорошо характеризуется температурами выкипания 90, 97-98% топлива и конца кипения. При повышении этих температур уменьшается полнота испарения топлива, что влечет за собой неравномерность в его распределении 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 аппарате.

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 50°С и фильтруют несколько раз через слой крупнокристаллической свежепрокаленной поваренной соли.

Проведение разгонки

В чистую сухую колбу 1 с помощью мерного цилиндра 7 наливают 100 мл испытуемого нефтепродукта, имеющего температуру 20-23°С. Затем в шейку колбы вставляют на хорошо пригнанной пробке термометр 2 с градуировкой от 0 до 360 °С. При этом ось термометра должна совпадать с осью шейки колбы, а верх ртутного шарика находится на уровне нижнего края отводной трубки в месте ее припая. Протирают трубку холодильника 3 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 5°С. 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 30°С.

В собранном приборе колба должна стоять на асбестовой прокладке 8 нижней половины кожуха строго вертикально. Затем закрывают колбу верхней частью кожуха 9. 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 ножку кладут подковообразный груз. Отверстие цилиндра закрывают ватой.

Для нагрева колбы используется электрический нагреватель с реостатом, позволяющим регулировать нагрев. После сборки прибора начинают равномерно нагревать колбу. 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 топ - лив 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 10 с.

Результаты определения фракционного состава записывают в соответствии с техническими условиями на данный нефтепродукт: либо отмечают температуры, при которых уровень жидкости в приемном цилиндре соответствует определенным количествам отгона (в %), чаще всего 10, 50, 90, 97,5 или 98%, либо наоборот, отмечают количество отгона при определенных, нормируемых температурах (например, 100, 200, 260, 270°С). В случае необходимости отмечают также температуру конца кипения.

После отгона 90% нефтепродукта нагрев регулируют так, чтобы до конца перегонки, т.е. до выключения нагрева, прошло от 3 до 5 мин. При перегонке керосинов и легкого дизельного топлива после отгона 95% нагрев не усиливают, но отмечают время до конца перегонки - 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.

Последний объем дистиллята в мерном цилиндре отмечают через 5 мин после прекращения нагрева, чтобы дистиллят стек из холодильника. Для определения остатка прибор разбирают и горячий остаток выливают в цилиндр вместимостью 10 мл. После охлаждения до 20±3°С отмечают объем остатка. Все отсчеты при перегонке 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 перегонке.

Если перегонка ведется при барометрическом давлении выше 102 кПа (770 мм рт. ст.) или ниже 99,8 кПа (750 мм рт. ст.), то в показания термометра вводят поправки по формуле:

где р - барометрическое давление во время перегонки, мм рт. ст., t - температура, показанная термометром, °С,

Поправка С прибавляется к показаниям термометра при барометрическом давлении ниже 99,8 кПа (750 мм рт. ст.) и вычитается при барометрическом давлении выше 102 кПа (770 мм рт. ст.). Вводится также поправка на неточность термометра согласно приложенному к нему свидетельству.

Для двух параллельных разгонок допускаются следующие расхождения: для температуры начала перегонки 4°С; для конечных и промежуточных точек фракционного состава 2°С 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 -5°С скорость подачи воды в холодильник регулируют так, чтобы температура отходящей из холодильника воды при разгонке до 250 °С была в пределах 30-40°С, а после 250°С - в пределах 60-75°С. Если это условие нарушится, 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. 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 залить 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.

Размещено на Allbest.ru