Методическое обеспечение: Таранова Л.В. Редактор: Гордеева Ю.В. 3D графика: Дубин А.Н.

Методическое обеспечение: Таранова Л.В.
Редактор: Гордеева Ю.В.
3D графика: Дубин А.Н.
Script программирование: Демидов В.В.
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 физикохимических 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 10градусные 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 промышленнотехнических 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, 90 (95)% (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
Образец нефтепродукта
Температура
отбора фракции, 0С
(показания термометра)
Объем фракции, мл
(в цилиндре)
Остаток перегонки,
(мл / %)
Потери при разгонке,
(мл / %)
t30
t40
t50
t60
t70
t80
t90
t95
90
95
tкк
бензин, образец № 1 (2…)
10
20
30
40
50
60
мл
%
мл
%
70
80
Таблица 1а
Результаты фракционной разгонки нефти
tнк
t5
t10
t15
Образец нефтепродукта
Температура
отбора фракции, 0С
(показания термометра)
Объем фракции, мл
(в цилиндре)
Остаток перегонки,
t20
t25
t30
t35
t40
t45
t50
t55
45
50
55
Нефть , образец № 1(2…)
5
мл
10
15
20
25
30
%
35
40
(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 до350 оС);
результаты занести данные в табл.2
Таблица 2
Результаты разгонки нефти
Образец. №
бензиновой
фракции
(н.к. – 180оС)
Выход фракции, %
керосиновой
дизельной
фракции
фракции
о
о
(180 С – 240 С) (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. С.А.Ахметов, М.Х.Ишмияров и др. Технология переработки нефти, газа
и твердых горючих ископаемых. Уч.пособ. Под ред. С.А. Ахметова. –
СПб.: Недра, 2009. – 832с.
3. С.А. Карпов, В.М.Капустин и др. Автомобильные топлива с
биоэтанолом. М.: КолоС. 2007. – 216с.
4. В.М.Капустин. Нефтяные и альтернативные топлива с присадками и
добавками. М.: КолоС, 2008. – 232с.
5. Магарил Е.Р. Моторные топлива : учебное пособие / Е.Р. Магарил,
Р.З.Магарил. – М.: КДУ, 2008. – 160с.
6. А.К.Мановян. Технология переработки природных энергоносителей.
М.: Химия, КолоС, 2004. – 456с.
Дополнительная:
1. С.А. Ахметов. Технология глубокой переработки нефти и газа,
издательство «Гелем» Уфа 2002, 671 с.
2. В.М.Капустин, С.А.Карпов и др. Оксигенаты в автомобильных
бензинах. М.: КолоС, 2011. – 336с.
3. М.Г.Рудин, В.Е.Сомов и др. Карманный справочник
нефтепереработчика. Под ред. М.Г.Рудина. М.:: ЦНИИТЭнефтехим, 2004.
– 336с.
4. Каминский Э.Ф., Хавкин В.А. Глубокая переработка нефти:
технологический и экономический аспекты. – М.: «Техника», 2001. – 384
с.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Фракционный состав бензинов
Фракционный состав:
Температура начала
перегонки бензина, 0С,
не ниже
летнего
зимнего
10% бензина
перегоняется при
температуре, 0С, не
выше
летнего
зимнего
50% бензина
перегоняется при
ГОСТ 2084-77
АИ-91
ТУ 38.401-58-144-95
АИ-92
ТУ 38.401-58-99-94
Евро-Супер-95
35
не нормируется
35
не нормируется
30
не нормируется
70
55
70
55
75
55
температуре, 0С, не
выше
летнего
зимнего
90% бензина
перегоняется при
температуре, 0С, не
выше
летнего
зимнего
конец кипения
бензина, 0С, не выше
летнего
зимнего
Остаток в колбе, %, не
более
Остаток и потери, %,
не более
115
100
115
100
120
105
180
160
180
160
190
185
205
195
1,5
205
195
1,5
215
205
1,5
4,0
4,0
4,0
Приложение 2
Требования к фракционному составу нефтей
№ п/
п
Наименование
показателя
Норма для типа
Метод испытания,
погрешность
I
II
III
IV
850
870
890
895
21
21
19
при температуре
до 300 V;
43
41
35
при температуре
до 350 °С.
53
50
48
1.
Плотность при 20 °С,
кг/м3, не более
2.
Выход
фракций, % (об.), не
менее:
при температуре
до 200 "С;
По ГОСТ 3900-85,
0,1%
По ГОСТ 2177-82,
5,0%
55
Приложение 3
Технологическая классификация нефтей