Химия нефти лаб. практикум

Составители: Н.Н.Старкова, А.Н. Чудинов

УДК 665.С427 X46

Рецензент:

канд. хим. наук А.С. Ширкунов

Х46 Химия нефти: лаб. практикум / сост. Н.Н. Старкова, А.Н. Чудинов. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн.

ун-та. – Пермь, 2014. – 28 с.

Описана методика проведения лабораторных работ по определению углеводородного состава нефти и нефтяных фракций. Использование данной методики позволяет сопоставлять различные нефти и нефтепродукты по их углеводородному составу.

Предназначено для студентов направления 240100 «Химические технологии» профиля 08 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов».

ПНИПУ, 2014

2

3

Химия нефти и газа – одна из основных специальных дисциплин учебных планов при подготовке инженеров-химиков-технологов в области химической переработки нефти и газа. Цель лабораторного практикума по этой дисциплине – закрепление лекционного материала, обучение студентов технике и методике экспериментального исследования состава нефтяных фракций и нефтепродуктов, определения, выделения и идентификации углеводородов и других компонентов нефти.

В плане лабораторных занятий предусмотрено выполнение лабораторных работ и изучение теоретического материала в объеме требований, предъявляемых при изучении материала по дисциплине «Химия нефти».

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ РАБОТ

Для удаления ароматических и непредельных углеводородов применяется концентрированная серная кислота. При ручном встряхивании фракции с кислотой необходимо следить, чтобы кислота не пролилась, пробку и краник делительной воронки необходимо хорошо смазать вазелином.

Для полного удаления непредельных и ароматических углеводородов требуется трехкратное по объему количество 98 %-ной серной кислоты и энергичное встряхивание в течение 30 минут. После первого встряхивания спускают избыточное давление в воронке, для чего открывают кран, предварительно перевернув воронку краном вверх. Если происходит разогревание, воронку охлаждают под струей водопроводной воды. Открывать кран надо осторожно, направляя делительную воронку от себя. Перед сульфированием необходимо надеть резиновый фартук, резиновые перчатки и очки.

При попадании кислоты на кожу необходимо смыть ее большим количеством воды или раствором соды. Пролитую кислоту засыпают мелким песком, который убирают лопаточкой; место, на которое была пролита кислота, засыпают содой, после чего замывают водой и вытирают насухо.

4

При определении анилиновой точки используется анилин. При вдыхании большого количества анилина может наступить отравление, поэтому анилин набирают в пипетку при помощи резиновой груши.

В процессе выполнения лабораторных работ студент использует бензол, бензины и другие нефтепродукты. Бензол – легко испаряющаяся с высокой упругостью паров жидкость. Он ядовит. Острое отравление бензолом проявляется в поражении центральной нервной системы, сопровождающемся потерей памяти.

При хроническом отравлении бензол прежде всего действует на кроветворные органы и кровеносные сосуды, обезжиривает кожу. При частичном соприкосновении с бензолом возникает зуд, краснота, отечность, трещины, сыпь. Поэтому бензол в мелкую тару разливают под тягой. При взвешивании бензол должен находиться в герметически закупоренной пробирке. Все операции с бензолом студент осуществляет в защитных очках и медицинских перчатках.

Бензин является горючим и легковоспламеняющимся веществом. Пары бензина образуют с воздухом взрывоопасную смесь. Вдыхание больших количеств паров бензина вызывает острое отравление, приводящее к потере сознания и даже смерти. Длительное вдыхание малых количеств паров бензина приводит к хроническим отравлениям.

Опасной для жизни является концентрация бензина 35–40 г в одном литре воздуха.

Бензин обезжиривает кожный покров, аналогично бензолу вызывает кожные заболевания. Более тяжелые нефтепродукты (керосин, нефтяные масла и др.) при частом соприкосновении вызывают на теле всевозможные дерматиты, в том числе экзему.

При применении индивидуальных средств защиты кратковременное соприкосновение с малым количеством бензола и бензина при отсутствии открытого огня никакой опасности для здоровья студентов не представляет. При определении серы ламповым способом бензином заполняют лампочку под тягой. Пробка, через которую пропущен фитиль, должна быть плотно подогнана.

5

Для определения количества ароматических углеводородов применяется анилин. Анилин ядовит, действует на кровь, вызывая превращение оксигемоглобина в метгемоглобин, адсорбируется кожными покровами; предельно допустимая концентрация его в воздухе 0,005 мг/л. Анилин в пипетку следует набирать с помощью резиновой груши.

Следует:

1.Перед началом работы вместе с лаборантом проверить правильность присоединения электропроводки и надежность ее в местах соединения с прибором.

2.При работе не трогать провода, подводящие ток к прибору,

иместа их соединения с приборами, особенно мокрыми руками.

6

Лабораторная работа 1 ВЫДЕЛЕНИЕ НОРМАЛЬНЫХ ПАРАФИНОВЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ НЕФТЯНЫХ ФРАКЦИЙ

Цель работы. Установить групповой состав керосинов методом комплексообразования с мочевиной и сравнить с результатами, полученными анилиновым методом.

Содержание отчета

1.Цель работы.

2.Рисунок установки и методика работы.

3.Таблицы.

4.Выводы по работе.

Теоретическая часть

Ознакомиться с литературой [3, 4, 6, 7, 1–4] и осветить в отче-

те следующие вопросы:

1.За счет чего образуется комплекс парафинов нормального строения?

2.Роль растворителя и активатора в процессе комплексообразования.

3.Расчет количества мочевины, необходимого для образования комплекса.

4.Выделение парафинов нормального строения из комплекса.

Порядок проведения работы

1.Получить сырье, определить его качество.

2.Просульфировать сырье, промыть, просушить и определить анилиновую точку и плотность пикнометром.

3.Рассчитать необходимое количество мочевины и осуществить процесс карбамидной депарафинизации.

4.По результатам работы составить таблицу.

Методика выполнения работы

Данная работа состоит из двух частей: 1) определение группового углеводородного состава керосиновых фракций анилиновым методом; 2) определение методом экстрактивной кристаллизации с мочевиной.

7

Для определения содержания парафинов нормального строения в керосинах или отдельных их фракциях (200–250 C, 250–300 C) сначала определяют основные характеристики: плотность*, показатель преломления, максимальная анилиновая точка исходной фракции.

Определение анилиновой точки методом равных объемов сульфированной фракции

В лабораторной работе используется прибор, представленный на рис. 1. В чистую и сухую пробирку 1 помещают 2 мл анилина и 2 мл исследуемой нефтяной фракции, плотно закрывают пробкой с термометром 4 и мешалкой 5 и укрепляют в муфте 2, которую помещают в стакан 3. Продукт и анилин берут из бюреток с делениями на 0,2 мл или при помощи пипеток емкостью 2 мл. Термометр помещают так, середина ртутного шарика находилась на линии раздела

Рис. 1 слоев анилина и продукта. Воду в стакане медленно нагревают на электроплитке 8 через асбестовую сетку 7 при непрерывном помешивании мешалкой 6. Отмечают температуру полного смешения жидкостей (прозрачный раствор), прекращают нагревать и дают воде медленно охладиться. Когда в пробирке появятся первые следы разделения 2 фаз (муть), снова начинают перемешивать. Вначале муть при перемешивании исчезает, но затем наступает момент общего помутнения. Как анилиновую точку отмечают наивысшую температуру, при которой муть не исчезает при перемешивании. Температуры полного смещения и общего помутнения расходятся не более чем на 0,1 С.

* Методики определения плотности пикнометрическим методом и по-

казателя преломления описаны в лабораторной работе «Структурно-груп- повой анализ масел»

8

Определение максимальной анилиновой точки исходной фракции (истинной критической температуры

растворения в анилине)

В пробирку к 2 мл продукта добавляют 1,6 мл анилина и определяют температуру растворения, как описано выше. После этого к смеси добавляют еще 0,2 мл анилина и снова устанавливают температуру растворения; обычно она бывает выше, чем при первом определении. Анилин прибавляют по 0,2 мл до тех пор, пока после некоторого максимума растворения не наметится ее снижение. Максимальную анилиновую точку фиксируют, она соответствует истинной критической температуре растворения вещества в анилине.

Необходимо знать пределы выкипания исследуемого образца, что позволит судить о средней молекулярной массе. Затем 100 мл фракции загружают в делительную воронку. Содержимое воронки обрабатывают три раза серной кислотой (98,5 %), задавая каждый раз по 100 мл. Перемешивают керосин с серной кислотой не менее 30 мин с последующим отстоем 1 ч. После третьей обработки сульфированную фракцию обрабатывают водным раствором щелочи до щелочной реакции на метиловый оранжевый или фенолфталеин, промывают дистиллированной водой, сушат хлористым кальцием. Определяют равнообъемную анилированную точку сульфированной фракции и ее плотность.

Содержание ароматических углеводородов (мас. %) вычисляют по уравнению

X K1 (t t0 ) ,

где t0 – максимальная анилиновая точка исходной фракции; t – максимальная анилиновая точка той же фракции после сульфирования; K1 – коэффициент пересчета, который находят из табл. 1.

9

Содержание нафтеновых углеводородов в массовых % определяют по формуле

H K3 t1 20t , d4

где t – анилиновая точка исследуемой функции после удаления ароматических углеводородов;

t1 – анилиновая точка метановых углеводородов той же температуры кипения, для метановых углеводородов с температурой кипения 200–250 С t1 = 85,8 С, с температурой кипения 250–300 С

t1 = 93 С;

K3 – коэффициент пересчета (для фракции с температурой кипе-

ния 150–300 С K3 = 5);

d420 – плотность сульфированной фракции, т.е. лишенной ароматических углеводородов.

Пример. Расчет содержания различных углеводородов во фракции 250–300 C грозненской беспарафинистой нефти.

10