Тема 3 Анализ нефти

Лекция 3

Тема: Основные показатели, характеризующие состав и свойства нефти

План:

1. Минимальная программа исследования состава и свойств нефти

2. Расширенная программа исследования состава и свойств нефти

Минимальная программа исследования состава и свойств нефти

Нефти России 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 разным программам (схемам).

Минимальная программа исследования включает лабораторную атмосферно-вакуумную перегонку на 10-градусные фракции до 300⁰С и 50-градусные после 300⁰С. Разгонку ведут на аппарате АРН-2, на котором достигается четкое разделение фракций и большая глубина их отбора. В программу исследования входит также физико-химическая характеристика нефти по следующим показателям: содержание минеральных примесей, температура вспышки, температура застывания, плотность. вязкость при различных температурах, молекулярная масса, содержание серы и сернистых соединений, содержание парафина, содержание смолисто-асфальтеновых веществ, кислотность, элементарный состав.

Расширенная программа исследования состава и свойств нефти

При необходимости получения детальных сведений о данной нефти ее исследование может быть расширено. В этом случае, помимо оценки физико-

химических характеристик нефти следует проводить:

- выделение растворенного в нефти газа и его полный анализ;

- установление группового углеводородного состава нефти;

- построение кривых разгонок с целью установления истинного содержания различных фракций;

- выделения путем атмосферно-вакуумной перегонки товарных продуктов (бензина, керосина, дизельного топлива, дистиллятных и остаточных масел) и их оценку по главнейшим специфичным для них показателям;

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

Контрольные вопросы:

1. Для чего проводят исследование нефтей?

2. Что включает минимальная программа исследования нефтей?

3. На каком приборе определяют фракционный состав нефтей?

4. Перечислите основные физико-химические характеристики нефтей.

5. Что включают для расширенного исследования нефтей?

Лабораторная работа 3

Тема: Определение содержания воды в нефти

Цель: Определить массовую долю воды в нефти

Приборы и реактивы: нефть, бензин-растворитель БР-1

Рисунок 3 Прибор для определения содержания воды

1 – колба; 2 – приемник-ловушка; 3 − холодильник

Теоретические основы

Наличие воды в нефти, поступающей на переработку, вредно сказывается на работе нефтеперерабатывающего завода. При большом содержании воды повышается давление в аппаратуре установок перегонки нефти, снижается их производительность, расходуется излишняя теплота на подогрев и испарение воды. Поэтому перед подачей нефти на переработку ее необходимо отделить от воды.

Содержание воды в нефти определяется методом азеотропной перегонки, которая заключается в отгоне воды и растворителя от нефти с последующим их разделением в градуированном приемнике на два слоя.

Порядок выполнения работы

Пробу нефти перемешивают в течение 5 минут. В сухую и чистую колбу 1 отвешивают с точностью до 0,1г около 100г испытуемой нефти,

приливают 100мл растворителя и перемешивают. Для равномерного кипения в колбу помещают несколько кусочков пемзы или стеклянных капилляров.

Когда прибор собран и укреплен на штативе, пускают воду в холодильник и начинают осторожно нагревать колбу на электроплитке закрытого типа. Нагрев регулируют так, чтобы в приемник-ловушку из холодильника стекали 2 – 4 капли конденсата в 1с. Нельзя пропускать воду через холодильник с большой скоростью, так как при этом внутри трубки холодильника может конденсироваться влага из воздуха. Через некоторое время пробирка-ловушка наполнится жидкостью, и ее избыток будет стекать обратно в колбу. Если в испытуемой нефти имеется вода, то она, испаряясь из колбы и конденсируясь в холодильнике, вместе с растворителем также попадает в ловушку, где вследствие разности удельных весов будет отстаиваться в нижнем слое. При соблюдении стандартной скорости перегонки попадание воды из ловушки обратно в колбу исключено. Когда количество воды в ловушке перестанет увеличиваться и верхний слой растворителя станет прозрачным, перегонку прекращают. Если отгоняется небольшое количество воды, растворитель иногда долго не становится прозрачным. В этом случае приемник-ловушку помещают на 20 мин в горячую воду до осветления растворителя. Приставшие к стеклу ловушки капли воды сгоняют вниз при помощи тонкой стеклянной палочки. После этого измеряют объем отогнанной воды. Если обводненность нефти была более 10%, то вся вода от 100г пробы не поместится в приемнике-ловушке. В этом случае навеску исходных веществ уменьшают до 50, 25 или даже до 10г.

Массовую долю воды Х (%) вычисляют по формуле

где V – объем воды в ловушке, мл;

G – навеска испытуемого вещества, г.

Контрольные вопросы:

1. Что относится к минеральным примесям в нефти?

2. Как сказывается присутствие воды на переработку нефти и эксплуатационные свойства нефтепродуктов?

3. Каким методом определяют содержание воды в нефти?

4. В чем заключается сущность метода азеотропной перегонки?

Лабораторная работа 4

Тема: Определение содержания солей в нефти

Цель: Определить содержание солей в нефти

Реактивы: толуол; 0,2н раствор азотной кислоты; 0,01н раствор нитрата ртути;

1%-ный спиртовый раствор дифенилкарбазида.

Теоретические основы

Наличие в нефти, поступающей на переработку, солей вредно сказывается на работе нефтеперерабатывающего завода. Соли (преимущественно хлориды) откладываются в трубах теплообменников и печей, что приводит к необходимости частой очистки труб, снижает коэффициент теплопередачи. Хлориды кальция и магния гидролизуются с образованием соляной кислоты, под действием которой происходит разрушение (коррозия) металла аппаратуры технологических установок. Кроме того соли ухудшают качество получаемых нефтепродуктов. Поэтому перед подачей нефти на переработку ее отделяют от солей.

Метод определения содержания солей в нефти заключается в экстрагировании солей из нефти горячей водой и титровании водной вытяжки хлоридов раствором нитрата ртути по реакции

Hg(NO₃)₂ + 2NaCl HgCl₂ + 2NaNO₃

Порядок выполнения работы

Испытуемую нефть тщательно перемешивают в течение 10 мин. Затем наливают в цилиндр объемом 25 мл, а при предполагаемом содержании солей более 200 мг/л – в цилиндр объемом 10 мл. Отобранный образец нефти выливают в делительную воронку. Цилиндр ополаскивают четыре раза толуолом, расходуя его каждый раз не более 5 мл. Все эти порции толуола сливают в воронку с испытуемой нефтью. После двухминутного перемешивания толуольного раствора нефти в делительную воронку наливают 100 мл горячей дистиллированной воды. Вновь перемешивают содержимое делительной воронки в течение 10 мин. Затем устанавливают воронку в кольцах штатива. После отстоя нижний водный слой сливают в воронку с бумажным фильтром и фильтрат собирают в стакан. После этого повторяют экстракцию 30 – 40мл горячей воды в течение 5 мин. Водный слой через воронку с бумажным фильтром собирают в тот же стакан. Фильтр промывают 10 мл горячей воды.

Стакан с промывными водами устанавливают на плитку и кипятят для удаления сероводорода (проба со свинцовой бумажкой). После охлаждения содержимое стакана переливают в мерную колбу объемом 500мл. Стакан ополаскивают несколько раз 10 -15 мл дистиллированной воды, которую выливают в ту же колбу, а затем доводят объем до метки. Из мерной колбы отбирают пипеткой 50 мл раствора. Если содержание солей в нефти превышает 5000 мг/л, то отбирают 10 мл. Пробы выливают в коническую колбу, куда приливают 50 мл дистиллированной воды, 2 - 3 мл 0,2н раствора азотной кислоты, 10 капель 1%-ного раствора дифенилкарбазида и титруют 0,01н раствором нитрата ртути до появления слабого розового окрашивания. Параллельно проводят контрольный опыт с дистиллированной водой до появления розового окрашивания.

Для проверки полноты извлечения хлоридов в делительную воронку с оставшимся раствором испытуемой нефти наливают 100 мл горячей воды и повторяют анализ, беря на титрование всю водную вытяжку.

Содержание солей в пересчете на NaCl (в мг на 1л нефти) рассчитывают по формуле

где V₁ – объем 0,01н раствора нитрата ртути, израсходованного на титрование испытуемого раствора, мл;

V₂ – объем 0,01н раствора нитрата ртути, израсходованного на контрольное титрование, мл;

0,5846 – количество хлорида натрия, эквивалентное 1мл точно 0,01н раствора нитрата ртути, мг;

А – соотношение объемов мерной колбы и пипетки;

V – объем испытуемой нефти, мл.

Контрольные вопросы:

1. Какие соли присутствуют в нефти?

2. Как влияет присутствие солей на переработку нефти и на качество получаемых нефтепродуктов?

3. В чем заключается метод определения содержания солей в нефти?

Лабораторная работа 5

Тема: Определение содержания механических примесей в нефти

Цель: Определить массовую долю механических примесей в нефти

Приборы и реактивы: бумажный фильтр, бюкс, химические стаканы, водяная баня, обратный холодильник, воронка, коническая колба, бензин Б-70, нефть, бензол, толуол.

Теоретические основы

Навеску испытуемой обезвоженной нефти растворяют в бензине. Раствор фильтруют через сухой бумажный фильтр, который сушат и взвешивают. По привесу фильтра находят количество механических примесей.

Порядок выполнения работы

Беззольный бумажный фильтр помещают в бюкс и сушат в сушильном шкафу при 105 – 110⁰С сначала 1ч, а потом несколько раз по 30мин до постоянной массы. Сухой фильтр устанавливают в воронку и смачивают его бензином.

Навеску испытуемой нефти и бензина для ее растворения берут в соответствии с ГОСТом. Кратность бензина Б-70 по отношению к навеске нефти 2 – 4. Испытуемую нефть отвешивают в стакан и, чтобы уменьшить ее вязкость растворяют в горячем бензине Б-70. Бензин подогревают на водяной бане в колбе с обратным холодильником.

Горячий раствор фильтруют через подготовленный бумажный фильтр. Осадок на фильтре промывают горячим бензином до тех пор, пока фильтрат будет стекать прозрачным и бесцветным.

Фильтр с промытым осадком переносят в бюкс, в котором сушился чистый фильтр, и сушат с открытой крышкой при 105 – 110⁰С до постоянной массы. Бюкс охлаждают перед взвешиванием в эксикаторе с закрытой крышкой не менее 30 мин.

Массовую долю механических примесей Х (%) вычисляют по формуле:

где G₁ – масса бюкса с фильтром и механическими примесями, г;

G₂ – масса бюкса с фильтром, г;

G – навеска испытуемой нефти.

Особенности работы:

- если нефтепродукт содержит воду, его предварительно обезвоживают методом азеотропной перегонки;

- если нефтепродукты плохо растворяются в бензине, то его заменяют бензолом или толуолом;

- для ускорения фильтрования применяют воронку Бюхнера с водоструйным насосом;

- при работе с бензолом, толуолом фильтрование надо проводить в вытяжном шкафу.

Контрольные вопросы:

1. Что относится к механическим примесям нефти и нефтепродуктов?

2. Сущность метода определения механических примесей.

3. Методика определения механических примесей.