2. Определение фракционного состава

Фракционирование в общем смысле называется разделение сложной смеси компонентов на смеси более простого состава или на индивидуальные составляющие. Применительно к нефти такое разделение можно проводить различными методами, базирующимися на различии и физико-химических свойствах веществ нефти (температура кипения, молекулярный вес, экстракция, склонность к адсорбции и т.д.).

В техническом анализе нефти, моторных топлив и углеродных газов основным методом фракционирования является разделение по температурам кипения, т.е. перегонка и ректификация.

Установилось понятие о фракционном составе нефтепродуктов как о выходе (по объему или по весу) отдельных погонов - температурных фракций, выкипающих в определенных температурах интервалах или до определенной температуры.

2.1. Определение фракционного состава нефти

При исследовании новной нефти определяется ее фракционный состав - потенциальное содержание узких трехградусных (% масс.) или 3-х процентных объемных фракций.

Фракционный состав нефти характеризуется зависимостью выхода узких фракций (% масс.) от температур их выкипания. Эта зависимость представляется графически линией истинных температур кипения (ИТК). По линии ИТК можно определить содержание в нефти любой фракции с заданными температурными пределами выкипания. Определение фракционного состава нефти проводится в стандартном аппарате разгонки нефти (АРН-2) по ГОСТ 11011-85 или по методу ГрозНИИ.

Определение фракционного состава нефти в аппарате АРН-2 проводится в лабораторном практикуме по курсу «Общая химическая технология переработки горючих ископаемых».

2.2. Определение фракционного состава нефтяных топлив

Фракционный состав топлив в настоящее время является важным эксплуатационным показателем, который нормируется требованиями стандартов.

Для 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 процент остатка и иногда температура конца кипения.

Фракционный состав моторных топлив имеет важное эксплуатационное значение, т.к. характеризует их испаряемость в двигателях и упругость паров при различных температурах и давлениях.

Бензин должен иметь такую испаряемость, которая обеспечивала бы легкий запуск двигателя при низких температурах, быстрый прогрев двигателя, его хорошую приемистость к переменам режима и равномерное распределение топлива по цилиндрам. Кроме того, при плохой испаряемости топлива оно будет разжижать смазку.

Температура выкипания 10% топлива (t₁₀) характеризует пусковые свойства топлива.

Чем ниже эта температура, тем больше в топливе испаряющихся веществ и тем легче, при более низкой температуре можно запустить холодный двигатель. Чрезмерное облегчение фракционного состава недопустимо, так как приводит к образованию газовых пробок в системе подающей топливо и прекращению подачи топлива в камеру сгорания. Температура выкипания 10% должна быть от 70 до 82^оС в зависимость от марки бензина.

Температура выкипания 50% (t₅₀) оказывает решающее влияние на быстроту прогрева запущенного на холоде двигателя и на соответствующий расход топлива.

С понижением t₅₀ прогрев ускоряется, а расход топлива на него снижается. Снижение t₅₀ значительно улучшает приемистость двигателя, т.е. легкость перехода его с одного режима на другой, что особенно важно для автомобильных двигателей в условиях городского транспорта.

Чрезмерное уменьшение средней испаряемости также не желательно, т.к. связанно с заметным понижением температуры при испарении летучих веществ и возможным обледенением карбюратора.

t₅₀ для бензинов лежит в пределах 105-145^оС в зависимости от марки. Температура выкипания 90% (t₉₀) указывает на степень полноты испарения бензина. Повышение этой температуры влечет за собой неравномерность в его распределении по цилиндрам двигателя, разжижение смазки, увеличение расхода топлива и масла, ускорение износа двигателя.

t₉₀ колеблется в пределах от 145^оС до 195 ^оС в зависимости от сорта бензина.

Определение фракционного состава моторных топлив проводится при атмосферном давлении в простых перегонных аппаратах, не снабженных ректифицирующими устройствами.

Для получения правильных результатов важно соблюдать стандартную методику и применять стандартную аппаратуру.

Перед перегонкой пробу сушат сернокислым натрием или хлористым кальцием.

Разгонку проводят по ГОСТ 2177-85 в стандартном аппарате, представленном на рис.2.1.

Р ис 2.1 Схема аппарата для определения фракционного состава нефтей и нефтяных топлив

1-колба Вюрца, 2-термометр, 3-трубка холодильника, 4,6-патрубки для ввода и вывода охлаждающей воды, 5-ванна холодильника, 7-мерный цилиндр, асбестовая прокладка, 9-кожух, 10-газовая горелка.

Проведение испытания. В чистую сухую колбу 1 с помощью мерного цилиндра 7 заливают 100 мл испытуемого нефтепродукта. Мерный цилиндр, не высушивая, ставят под нижний конец тубки холодильника так, чтобы трубка холодильника входила в цилиндр не менее чем на 25 мм, но не ниже метки 100 мл. Отверстие цилиндра прикрывают ватой.

В горло колбы вставляют на хорошо пригнаной корковой пробке термометр 2 с градуировкой от 0^о до 360 ^оС. При этом верх ртутного резервуара термометра должен находиться на уровне нижнего края отводной трубки в месте ее припая. Колбу устанавливают на асбестовую сетку 8. 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 касатся ее стенок.

При разгонке бензинов ванну холодильника 5 заполняют льдом и заливают водой, поддерживая температуру от 0^о до 5^оС. При разгонке нефтепродуктов с более высокими температурами кипения охлаждение проводят проточной водой, подавая ее через нижний патрубок 6 и отводя через верхний 4. Температура отходящей воды не должна превышать 30^оС.

Закрывают колбу кожухом 9, подводят под асбестовую сетку горелку и начинают нагревание. Скорость нагрева устанавливают 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 попадает 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.

В дальнейшем последовательно фиксируют температуры, соответствующие выкипанию каждых 10% об. испытуемого нефтепродукта, определяемым по уровню жидкости в цилиндре.

Результаты разгонки удобно представить в виде таблицы 2.1

Таблица 2.1.

Отгон нефтепродукта, % об.	Температура, оС
н.к
10
20
30
40
50
60
70
80
90
97,5
к.к.

После отгона 90 % об. нефтепродукта нагрев регулируют так, чтобы до конца перегонки, т.е. выключения нагрева, прошло от 3 до 5 мин. Обогрев выключают в тот момент, когда в мерном цилиндре объем жидкости станет равным высшему нормируемому количеству отгона (97,5%, 98% и др.) 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 начнет опускаться. Максимальное показание термометра соответствует температуре конца кипения.

Последний объем дистиллятора в мерном цилиндре отмечают через 5 мин. после прекращения нагрева, чтобы дистиллят стек из холодильника.

Для определения объема остатка прибор разбирают. Охлажденный до 20 ± 3 ^оС остаток выливают в цилиндр вместимостью 10 мл. и отмечают его объем.

Все отчеты при перегонки ведут с точностью до 0,5 мл и до 1^оС. Разность между 100 мл и суммой объемов дистиллята и остатка записывают как потери при перегонке.

По данным разгонки строится линия разгонки в координатах: температура выкипания (^оС) по оси ординат и отгон фракций (%об.) по оси абсцисс.

По окончании работы проверяют соответствие результатов определения фракционного состава техническим условиям на данный нефтепродукт.