Методическое обеспечение:
Редактор:
3D графика:
Script программирование:
Лабораторная работа
Тема: Определение фракционного состава нефти и нефтепродуктов
Раздел: «Физико-химические методы исследования углеводородных систем»
1. ВВЕДЕНИЕ
Цель работы: Изучение методики определения фракционного состава нефти и нефтепродуктов путем атмосферной разгонки в стандартном аппарате разгонки нефти (АРН).
2. ТЕОРИЯ
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 и ректификация), склонности к адсорбции на различных пористых телах (хроматография), растворимости в различных растворителях (экстракции), температурах плавления (кристаллизация из растворов) в др.
Деление нефти путем перегонки (по температурам кипения) осуществляют в стандартных аппаратах (рис.1) на фракции, характеризующиеся температурными пределами выкипания: температурой начала (t н. к.) и конца кипения (t к. к.). При этом определяют количество фракции, выкипающих в определенном температурном интервале (%масс. или % об.) – фракционный состав. По результатам фракционирования строят кривую ИТК (истинных температур кипения). Фракционный состав (кривая ИТК) показывает потенциальное содержание в нефти отдельных нефтяных фракций, являющихся основой для получения товарных нефтепродуктов (автомобильных, реактивных, дизельных топлив, смазочных масел и др.). Фракции, выкипающие до 200 0С, отбирают при атмосферном давлении; более высококипящие – под вакуумом. До 300 0С отбирают 10-градусные фракции; затем – 50-градусные.
Фракционный состав является определяющей характеристикой при установлении области применения нефтепродуктов. Пределы выкипания гарантируют качество продуктов с соответствующими характеристиками испаряемости.
В ГОСТах на нефтяное топливо и бензины для промышленно-технических целей в разделе “технические требования” одним из показателей является фракционный состав. 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.
|
| |
Рис. 1. Аппарат для разгонки светлых нефтепродуктов (АРНС-1Э): 1-кнопка «Вкл-Выкл», 2 - рукоятка регулировки напряжения, 3 – нагревательный элемент, 4 - мерная колба, 5 - термометр, 6 - мерный цилиндр, 7 - водяной холодильник |
Фракционный состав бензинов и нефтей различных типов приведен в приложении 1,2; примеры графического отображения фракционного состава – на рис.2, 3.
Рис.2. Кривая разгонки бензина
Рис. 3. Кривая истинных температур кипения (для нефти).
3. ОБОРУДОВАНИЕ
3.1 Активные клавиши
Рис. 4. Функции манипулятора
Левая клавиша мыши (ЛКМ) - при нажатии берется объект или выполняется действие с объектом (можно взять бутыль с образцом, цилиндр, открыть дверцу у весов и т. д.).
Средняя клавиша (2) - при прокрутке назад (на себя) сцена отдаляется, при прокрутке вперед (от себя) сцена приближается.
Движение мыши:
движение вправо - сцена движется вправо,
движение влево - сцена движется влево,
движение вверх - сцена движется вверх,
движение вниз - сцена движется вниз.
3.2 Лабораторное оборудование
Для проведения лабораторной работы необходимо следующее оборудование:
· Аппарат разгонки нефти (АРНС-1Э) и оборудование к нему – круглодонная колба, ртутный термометр с градуировкой от 0 до 3600С
· Колба с кипелками
· Мерные цилиндры для нефтепродуктов на 100 мл и 10мл
· Емкость с холодной водой
Рис. 5. Общий вид сцены
Справа находится кнопка вызова меню (рис. 6 и рис. 7), в котором можно увидеть кнопки вызова инструментов, используемых в данной лабораторной работе (термометр, мерный цилиндр, таймер), кнопки управления (пауза, перезапуск), кнопка выхода из лабораторной работы.
Рис. 6. Кнопка вызова меню
Рис. 7. Боковое меню
4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
Цель работы: Изучение методики определения фракционного состава нефти и нефтепродуктов в стандартном аппарате разгонки нефти (АРНС-1Э).
Порядок выполнения работы
1. Нажать на бутыль с нефтепродуктом и залить в круглодонную колбу аппарата АРНС-1Э; опустить в колбу 2-3 кусочка пемзы (нажать на шарики в тарелочке). При этом название выбранного нефтепродукта отобразится в правой части экрана (сверху над боковым меню).
2. Установить термометр строго вертикально. Для того, чтобы увидеть термометр в горизонтальном положении, в боковом меню нажмите на кнопку с изображение термометра.
3. Мерный цилиндр на 100 мл поставить под конец трубки холодильника (нажать на цилиндр).
4. Включить нагрев: сначала нажать на ручку аппарата (одно нажатие - поворот на 1 положение), затем нажать на кнопку включения (кнопка включения - крайняя правая)
5. Отрегулировать нагрев так, чтобы от начала обогрева до падения первой капли дистиллята в приемник прошло не менее 5 и не более 10 мин (чем больше мощность нагрева, тем быстрее начнется кипение).
6. Температуру, при которой в мерный цилиндр падает первая капля, отмечают как температуру начала кипения (tнк) и заносят в табл.1 в файле "Отчет".
7. Проводя разгонку, отмечают температуры выкипания 10, 20. 30, 40, 50, 60, 70, 80,% (т. е. через каждые 5-10мл), занося данные в табл.1. По окончании разгонки отмечают температуру конца кипения (tкк). Разгонку нефти проводят до температуры 320-360оС; бензина – до 170-180 оС (для того, чтобы было удобнее записывать температуры в боковом меню есть кнопка паузы).
8. Разобрать установку (вынуть термометр из колбы и отсоединить колбу ее); слить остатки нефтепродукта (нефти) из колбы в мерный цилиндр объемом 10 мл; охладить продукт до комнатной температуры в водяной бане и записать объем остатка в табл.1. Определить потери при разгонке - разность между объемом нефтепродукта (100мл) и суммой объемов дистиллята (продукт в первом цилиндре) и остатка (и то же в %), занеся результат в табл.1 (для бензина) и в табл.1а (для нефти).
Таблица 1
Таблица экспериментальных данных разгонки бензина
tнк | t10 | t20 | t30 | t40 | t50 | t60 | t70 | t80 | t90 | t95 | tкк | |
Образец нефтепродукта | бензин, образец № 1 (2…) | |||||||||||
Температура отбора фракции, 0С (показания термометра) | ||||||||||||
Объем фракции, мл (в цилиндре) | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 95 | ||
Остаток перегонки, (мл / %) | мл | % | ||||||||||
Потери при разгонке, (мл / %) | мл | % | ||||||||||
Таблица 1а
Результаты фракционной разгонки нефти
tнк | t5 | t10 | t15 | t20 | t25 | t30 | t35 | t40 | t45 | t50 | t55 | |
Образец нефтепродукта | Нефть, образец № 1(2…) | |||||||||||
Температура отбора фракции, 0С (показания термометра) | ||||||||||||
Объем фракции, мл (в цилиндре) | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | |
Остаток перегонки, (мл / %) | мл | % | ||||||||||
Потери при разгонке, (мл / %) | мл | % | ||||||||||
Обработка экспериментальных данных
1. Рассчитать потери при перегонке по формуле:
Vп = Vнач - (Vк. к. + Vо), мл
или:
Vп = [Vнач - (Vк. к. + Vо)/ Vнач] *100, %,
где:
Vнач – начальный объем нефтепродукта (100мл)
Vк. к. - конечный объем дистиллята в цилиндре, соответствующий температуре конца кипения (мл);
Vо – объем остатка перегонки при комнатной температуре (мл);
Результат занести в табл.1.
2. По данным табл. 1 построить кривую ИТК испытуемого бензина (нефти) в координатах: количество фракции, V(%) – температура отбора фракции, t, 0С. (см. рис.2,3)
3. Используя графики провести анализ фракционного состава испытуемых продуктов:
- для бензина фиксируют:
Для характеристики пусковых свойств - температуру начала перегонки (tнк) и разгонки первых 10% бензина (t10);
Для характеристики приемистости - температуру разгонки 50% бензина (t50).
Полное испарение бензина в двигателе (экономичность двигателя) определяется температурами перегонки 90% (t90) и конца кипения (tкк).
Для вывода: используя анализ фракционного состава бензина оценить марку бензина (см. Приложение 1)
- Для нефти по кривой ИТК рассчитывают:
Выход бензиновой фракции (н. к. – 180оС);
Выход керосиновой фракции (180оС – 240оС);
Выход дизельной фракции (240оС – 350оС);
Суммарный выход топливных фракций (выкипающих до350оС); результаты занести данные в табл.2
Таблица 2
Результаты разгонки нефти
Образец. № | Выход фракции, % | |||
бензиновой фракции (н. к. – 180оС) | керосиновой фракции (180оС – 240оС) | дизельной фракции (240оС – 350оС) | топливных фракций (до350оС) | |
Для вывода: используя анализ фракционного состава нефти сделать вывод о типе нефти в соответствии с технологической классификацией нефтей (см. Приложение 2,3) .
4. В заключении сравнить полученные данные с приведенными в справочных таблицах (см. Приложение) данными и сделать вывод о фракционном составе нефти (бензина): установить соответствие (близость состава) испытуемого образца бензинам определенных марок или определенным типам нефтей.
5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ
1. Физические и химические процессы переработки нефти. Их сущность, классификация.
2. Направления переработки нефтей: топливное, топливно-масляное, нефтехимическое или комплексное. Их сущность.
3. Химическая и технологическая классификация нефтей.
4. Химический состав нефти – элементный и фракционный. Основные классы углеводородов.
5. Влияние фракционного состава нефти на количество отбираемых фракций. Пределы выкипания нефтяных фракций.
6. Основные физико-химические свойства нефтей и нефтяных фракций – плотность, давление насыщенных паров, вязкостно-температурные свойства, низкотемпературные свойства.
7. Показатели фракционного состава: tн. к., t10%, t50%, t90%, t96%, t98%, tк. к., для различных видов товарных топлив.
8. Типы промышленных установок АТ, ВТ, АВТ. Их характеристики, применение.
9. Установки с однократным и двукратным испарением, их применение, достоинства и недостатки.
10. Принципиальная схема блока атмосферной перегонки нефти установки ЭЛОУ-АВТ-6.
6. ОТЧЕТ
6.1 Форма отчета
Цель работы___________________________________________________
_______________________________________________________________
Название опыта_________________________________________________
Используемые оборудование и реактивы: (перечислить оборудование и реактивы, привести эскизы)________________________________________
________________________________________________________________
1.______________________________________________________________
2.______________________________________________________________
3.______________________________________________________________
и т. д.___________________________________________________________
Ход работы: (краткий конспект)___________________________________
1._____________________________________________________________
2._____________________________________________________________
3._____________________________________________________________
4._____________________________________________________________
и т. д.__________________________________________________________
Экспериментальные данные по опыту № 1 – фракционный состав бензина (привести таблицу экспериментальных данных)
________________________________________________________________________________________________________________________________
Экспериментальные данные по опыту № 2 – фракционный состав нефти (привести таблицу экспериментальных данных)
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Обработка экспериментальных данных (привести результаты расчета, построить графики кривых ИТК бензина или нефти)
_______________________________________________________________
Выводы по работе________________________________________________
1.______________________________________________________________
2.______________________________________________________________
Ответы на контрольные вопросы
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Работу выполнил__________________________________________
Отчет принял_____________________________________________
«____»______________20___г.
7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная:
1. , и др. Технология переработки нефти, газа и твердых горючих ископаемых. Уч. пособ. Под ред. . – СПб.: Недра, 2009. – 832с.
3. , и др. Автомобильные топлива с биоэтанолом. М.: КолоС. 2007. – 216с.
4. . Нефтяные и альтернативные топлива с присадками и добавками. М.: КолоС, 2008. – 232с.
5. Магарил топлива : учебное пособие / , . – М.: КДУ, 2008. – 160с.
6. . Технология переработки природных энергоносителей. М.: Химия, КолоС, 2004. – 456с.
Дополнительная:
1. . Технология глубокой переработки нефти и газа, издательство «Гелем» Уфа 2002, 671 с.
2. , и др. Оксигенаты в автомобильных бензинах. М.: КолоС, 2011. – 336с.
3. М.Г. Рудин, и др. Карманный справочник нефтепереработчика. Под ред. . М.:: ЦНИИТЭнефтехим, 2004. – 336с.
4. , Хавкин переработка нефти: технологический и экономический аспекты. – М.: «Техника», 2001. – 384 с.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Фракционный состав бензинов
ГОСТ 2084-77 | ТУ 38.95 | ТУ 38.4 | |
АИ-91 | АИ-92 | Евро-Супер-95 | |
Фракционный состав: | |||
Температура начала перегонки бензина, 0С, не ниже летнего зимнего | 35 не нормируется | 35 не нормируется | 30 не нормируется |
10% бензина перегоняется при температуре, 0С, не выше летнего зимнего | 70 55 | 70 55 | 75 55 |
50% бензина перегоняется при температуре, 0С, не выше летнего зимнего | 115 100 | 115 100 | 120 105 |
90% бензина перегоняется при температуре, 0С, не выше летнего зимнего | 180 160 | 180 160 | 190 185 |
конец кипения бензина, 0С, не выше летнего зимнего | 205 195 | 205 195 | 215 205 |
Остаток в колбе, %, не более | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
Остаток и потери, %, не более | 4,0 | 4,0 | 4,0 |
Приложение 2
Требования к фракционному составу нефтей
|
|
|
погрешность | |||
|
|
|
| |||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 21 43 53 | 21 41 50 | 19 35 48 | По ГОСТ 2177-82, 5,0% |
Приложение 3 Технологическая классификация нефтей |
|
