книги из ГПНТБ / Тарасов А.И. Газы нефтепереработки и методы их анализа

щую током обмотку соленоида S з, последовательно включен пре­ рыватель 20.

Конструкция гидравлического клапана скорости позволяет регулировать скорость разгонки в пределах от 200 мл/мин до нуля.

Для этой цели на двух направляющих стержнях, по кото­ рым движется рама с иглой клапана, имеются гайки. Положе­ нием этих гаек, навинченных на одном из стержней, можно огра­ ничивать подъем и опускание иглы клапана.

Как известно, гидравлический клапан скорости связан с гид­ равлическим клапаном давления общим входом воды. Поэтому закрытие гидравлического клапана давления одновременно вы­ зывает постепенное закрытие п клапана скорости. Такая взаимо­ связь в работе гидравлических клапанов создает наиболее плав­ ное регулирование потока газа при фракционнровке.

Автоматическая запись результатов фракционировки. В про­ цессе ректификации газа необходимо знать температуру, при ко­ торой отгоняется фракция, и количество этой фракции. Эти вели­ чины записываются автоматически. Изменение температуры на верху колонки фиксируется потенциометром ЭПП-09. Количе­ ство отогнанной фракции учитывают по изменению давления в эвакуированном приемнике, где собирается фракция.

Отходящий во время фракционировки газ поступает в эвакуи­ рованный приемник и изменяет (увеличивает) давлепие в по­ следнем. По мере повышения давления ртуть в левом колене манометра КМ1 соответственно поднимается и замыкает цепь с металлическим стержнем. Замкнувшаяся цепь вызывает воз­ буждение реле Р1У которое, замыкаясь, включает ходовой мо­ тор 16.

Мотор передвигает картограмму и при помощи шестеренки поднимает зубчатую рейку, вытягивая металлический стержень из ртути. Мотор будет работать до тех пор, пока контактный стержень не выйдет из ртути и пе произойдет разрыв цепи.

Между повышением давления в приемниках и передвижением ленты картограммы существует полная пропорциональность.

газа, поступившего в приемник за время фракционировки. Одно­ временно с включением мотора на панели загорается сигнальная лампочка 9 «поток газа», указывающая, что мотор работает и заппсывается поступающий в приемник газ.

Когда колонка работает на установившемся режиме и процесс фракционировки идет нормально, то газ в приемник поступает равномерно. Вследствие того, что отгон индивидуального угле­ водорода происходит при постоянной температуре, на ленте картограммы перо вычерчивает прямую линию, строго соответ­ ствующую температуре кипения данного углеводорода.

150

При переходе от одной фракции к другой лента картограммы почти не передвигается, так как поступление газа в приемник практически прекращается, а перо но мере повышения темпера­ туры в колонке перемещается вправо, т. е. в положение, отве­ чающее температуре кипения следующего углеводорода, и чертит линию, близкую к горизонтальной.

При нормальной фракционировке газа кривая его разгонки представляет ломаную линию, почти под прямым углом изогну­ тую в местах перехода от одного углеводорода к другому.

Система сигнализации. На аппарате ЦИАТИМ-60 приме­ няется сигнализация двух видов: световая (электрические лам­ почки) и звуковая (звонки).

Электрические лампочки размещены на передней части панели (7—12 и 32), а звуковые сигналы — на обратной стороне панели аппарата.

Световые сигналы делятся на две категории: контрольные и аварийные. Контрольные лампочки зажигаются, когда работают соответствующие исполнительные механизмы. Аварийные лам­ почки зажигаются при отклонении процесса фракционировки от принятых условий. Если давление в колонке повысилось выше

с надписью «снизить давление». Одновременно подается звуковой

сигнал 19.

Если температура в колонке повысилась выше температуры отходящего углеводорода, то зажигается аварийная синяя лам­ почка 12 с надписью «температура».

Питание электросхемы аппарата. Аппарат ЦИАТИМ-60

в целом получает электропитание от сети трехфазного переменного тока напряжением 220 в. На аппарате установлен силовой транс­ форматор, снижающий напряжение тока с 220 до 127 в и 30 в.

Электролиния напряжением 220 в питает электромотор ва­ куум-насоса, силовой трансформатор и лампы дневного света. От линии напряжением 147 в питаются потенциометр ЭПП-09 и электромотор Уорена. Линия напряжением 90 в используется для целей управления, куда входят селеновые выпрямители, реле, ртутные контакты, нагревательные элементы и сигнальные приспособления. Все основные приборы и схемы на аппарате защищены плавкими предохранителями.

Работа на аппарате ЦИАТИМ-60. Регулировка распредели­ тельных водяных вентилей. Отрегулировать распределительные вентили значит установить их в таком положении, когда за единицу времени поступает и выходит из гидравлического кла­

начинается с вентиля 4, который управляет выходом воды из гидравлического клапана скорости. Нажатием от руки передвиж­

151

При регулировании скорости набора газа нужно руковод­ ствоваться температурой и давлением. Если степень охлаждения колонки и скорость поступления газа в колонку соответственно отрегулированы между собой, то температура и давление в ко­ лонке будут держаться все время постоянными.

Ввод образца газа прекращают после того, как в перегон­ ной колбе сконденсировалось достаточное количество газа (10—

20мл).

Вотличие от колонки, предназначенной для ректификации газов, бензиновая колонка имеет большую емкость перегонной колбочки. Это позволяет загружать до 50 г бензина и опреде­ лять более точно количество растворенных легких углеводородов в бензине.

Проведение процесса ректификации. После прекращения кон­ денсации газа ректификационную колонку отсоединяют от очи­ стительной системы. В течение 20—30 мин. колонку выводят на режим, т. е. устанавливают в колонке равновесное состояние между газовой и жидкой фазами.

Когда установится равновесное состояние в колонке, можно считать, что колонка выведена на режим, и с этого момента начи­ нается ректификация.

Сущность ректификации заключается в том, что сложная многокомпонентная смесь углеводородов подвергается много­ кратному испарению и конденсации. В результате многократ­ ного действия этих двух физических процессов на углево­ дородную смесь последняя разделяется на составные ком­

поненты в соответствии с температурой кипения каждого из них.

Многократность испарения и конденсации обеспечивается тем, что пары углеводородов, поднимаясь по колонке, соприкасаются с более холодной жидкой фазой, стекающей вниз. В результате наиболее низкокипящие углеводороды, увлекаемые жидкой фа­ зой, испаряются за счет тепла, получаемого жидкостью от паров, а наиболее тяжелые углеводороды, уносимые парами, конден­ сируются и превращаются в жидкость за счет охлаждения паров при отдаче ими своего тепла жидкости.

Испарение и конденсация происходят в ректификационной колонке все время, пока пары соприкасаются с жидкостью. По­ этому пары, передвигаясь вверх по колонке, обогащаются нпзкокипящими углеводородами, одновременно как бы очищаясь от тяжелых углеводородов. В то же самое время с жидкостью про­ исходит обратное явление. Стекая вниз по насадке, жидкость, теряя низкокипящие углеводороды, постепенно обогащается тя­ желыми углеводородами.

Отсюда следует, что, чем больше происходит соприкосновение между парами и жидкостью, тем лучше будет проходить ректифи­ кация и, следовательно, точнее будет проведено разделение угле­ водородной смеси на ее составные компоненты.

153.

Рекомендуются следующие скорости отбора фракции.

Скорость отбора фракций может нарушаться вследствие непра­ вильного режима колонки. Например, во время ректификации конденсат в перегонной колбе должен равномерно п непрерывно кипеть. Нельзя допускать перегрева конденсата, который легко можно заметить по бурному периодическому вскипанию. Перегрев ведет к перегрузке колонки отходящими парами фракций. Ко­ лонка «захлебывается», режим работы нарушается. Фракционировку в этом случае необходимо немедленно прекратить. Чтобы вновь начать разгонку, следует отрегулировать режим колонки. После прекращения «захлебывания» колонку нужно выдержать 10—15 мин. при нормальном режиме. Только после этих меро­ приятий можно продолжать разгонку.

Режим работы колонки может нарушиться также и от слишком большой скорости разгонки, а также при недостаточном подо­ греве перегонной колбы. В результате насадка быстро осушается, а при осушенной насадке фракцнонировку вести нельзя, так как разделения газовой смеси в этом случае не происходит. Для устранения этого недостатка необходимо прекратить разгонку и вывести колонку на режим.

Отгон пятой фракции. Пентан-амиленовая фракция отго­ няется при остаточном давлении в системе 300 мм рт. ст. Остаточ­ ное давление в колонке устанавливают по манометру. Собранную в приемник фракцию С5 разбавляют двойным по отношению к объему фракции количеством воздуха, после чего ее откачивают из приемников в газовые пипетки для дальнейшего химического анализа.

Определение остатка. При ректификации исследуемого об­ разца после отгона пятой фракции в перегонной колбе и на на­

испарения его в эвакуированный приемник. После отгона пятой фракции ректификационную колонку через открытый вентиль обводной линии соединяют с эвакуированным приемником. Под большим вакуумом остаток в колонке легко испаряется и коли­ чество его записывается на картограмме потенциометра. В резуль­ тате вся разгонка фиксируется на картограмме в виде кривой, отображающей выходы каждой фракции и остатка.

При разгонке нестабильного бензина остаток определяют взвешиванием, для чего остаток переводят' в эвакуированный и предварительно взвешенный пикнометр.

154

Ввиду того, что выходы фракции при разгонке бензина выра­ жены в линейных единицах, а остаток получается в граммах, эти величины приводят к единицам одного наименования.

Подсчет результатов разгонки газа. После окончания ректи­ фикации на картограмме получается кривая разгонки газа, состоящая из отдельных прямых отрезков. Каждый прямой отрезок соответствует строго определенному углеводороду или группе углеводородов (фракций).

Измерив общую длину кривой разгонки и длину каждого прямого отрезка, получают необходимые данные для подсчета выходов отдельных углеводородов или фракций в объемных процентах. Подсчет производят по формуле

,х •100

ь = - т ~ '

где х — длина отдельного отрезка в мм;

I — общая длина кривой разгонки в мм; Ь— выход в % объемн.

После разгонки бензина остаток в перегонной колбе соста­ вляет основную массу взятого на ректификацию продукта. Оста­ ток определяют взвешиванием в пикнометре в граммах. Выходы легких фракций, выраженные на картограмме в миллиметрах, необходимо перевести в весовые единицы.

Примерный расчет состава нестабильного бензина. После ректификации па картограмме зафиксированы следующие выходы фракций при температуре в термостате 18° в мм: фракция С3 — 50, фракция С4 — 260, фракция г-С5 — 300, фракция п-С5 — 155.

Остаток в перегонной колбе, переведенный в пикнометр и взвешенный на аналитических весах, оказался равным 21,574 г.

Рассчитываем выход каждой фракции в миллилитрах по формуле

а = 1К,

где а — количество газа в мл\

I — продвиженце картограммы в мм;-

К — коэффициент, для описываемого прибора равный

563 (273+0 '

После соответствующих пересчетов получаем.следующий выход фракции в мм: фракция С3 — 97, фракция С4 — 503, фракция г-С6 — 580, фракция п-С5 — 300, всего 1480.*

155

Зная состав каждой фракции в объемных процентах, можно определить выход каждого компонента в миллилитрах.

Пример.

Состав фракции С4 в % объем»!._______ ______Состав франции Cs в % объем».

И т о г о . . . 100,0

Содержание непредельных во фракции С3 примем условно равным 50%.

Тогда выход компонентов в миллилитрах составит:

Так как 1 г-мол любого газа при нормальных условиях зани­ мает объем 22,4 л, то, зная выходы каждого компонента в объем­ ных единицах, определяем весовые количества пх.

Для пропилена С3Н6, 1 г-мол которого равна 42, имеем

откуда

42 ■0,0485

с , н . 0,091 г.

22,4

Для пропана

С 3Н 8 = U ж Т 5 = 0 > 0 9 5 3

Ит. д.

Врезультате после соответствующего пересчета состав неста­ бильного бензина выразится так:

ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ФРАКЦИИ

В результате низкотемпературной ректификации образец газа оказался расфракционированным на несколько отдельных узких фракций: первая — водород-метановая; вторая — этан-этилено- вая; третья — пропан-пропиленовая; четвертая — бутан-бутиле- новая; пятая — пентан-амиленовая; шестая — жидкий остаток.

Химический анализ фракций производят в аппарате ВТИ или ему подобных, специально приспособленных.

Анализ первой (водород-метановой) фракции. В состав первой фракции входят следующие компоненты: кислород, азот (из воздуха, попавшего при отборе пробы газа), окись углерода, водород и метан.

Для анализа берут 100 мл газа и определяют компоненты в следующем порядке.

Кислород, окись углерода и водород — как описано в разделе «Последовательность определения отдельных компонентов при общем анализе газа».

Метан определяют сожжением над раскаленной платиновой проволокой. После сожжения водорода весь остаток газа пере­ водят в запасную пипетку. В пипетку с платиновой спиралью, предварительно заполненную дистиллированной водой, вводят воздух пли кислород в количестве, достаточном для того, чтобы платиновая спираль полностью была вне воды. Эту порцию воз­ духа точно замеряют. В бюретке готовят смесь газа и воздуха, для чего из запасной пипетки берут газ, а из атмосферы воздух. Газ п воздух, каждый в отдельности, точно замеряют. Соотно­ шение между газом и воздухом должно быть таким, чтобы после сгорания метана кислород оказался в избытке. Включают элек­ трический ток и накаливают платиновую проволоку до красного цвета. Смесь газа с воздухом очень медленно (при большой ско­ рости возможен взрыв пипетки) переводят в пипетку с платиновой спиралью, где происходит сгорание метана по уравнению

СН4 + 202 = 2Н20 + С02.

Объем газа замеряют. Сожжение продолжают до постоянного

водят вначале в пипетку, заполненную 33%-ным КОН, для опре­ деления С02, образовавшегося в процессе горения метана, а потом в пипетку, заполненную пирогаллолом, для определения избытка кислорода, не вошедшего в реакцию горения.

П е р в а я п р о в е р к а . Так как одна молекула метана при сгорании дает одну молекулу углекислого газа, то по количеству поглотившейся углекислоты определяют количество метана, пре­ небрегая растворимостью углекислоты в воде.

В т о р а я п р о в е р к а . На одну молекулу метана при

157

сгорании расходуются две молекулы кислорода, по расходу кислорода определяют количество метана.

видно, что одна молекула метана и две молекулы кислорода при сгорании дают одну молекулу углекислоты. Объем воды не при­ нимается в расчет, так как он слишком мал по сравнению с объ­ емом газа.

После поглощения едким кали двуокиси углерода исчезают все три первоначально взятых объема. Полное сокращение, следовательно, равно трем объемам. Так как из этих трех объемов лишь один принадлежит метану, то этот один равен 1/з общего

158

Примерный расчет состава первой фракции

Находим количество метана в 10 мл сожженного газа.

1.По поглощению углекислоты в щелочи получаем метана

6,0 мл.

2.По расходу кислорода: в 70 мл воздуха, взятого на сож­

ретке состоят из азота, взятого с 70 мл воздуха, и из азота, содержащегося в 10 мл сожженного газа. Так как в 70 мл воздуха содержится 55,3 мл азота, то

58,55-55,3 = 3,25 мл

составляет азот, находящийся в 10 мл газа, взятого на сожже­ ние С Отсюда количество метана в газе равно

10,0—3,25=6,75 мл.1

1 Свободный азот в газе взят условно, чтобы показать более сложный случай расчета.

159