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

лем происходит через определенные промежутки времени. Поэтому результат анализа многокомпонентной смесп, записываемого на ленте картограммы регистратора типа ЭПП-09, представляет собой ряд пиков, число которых равно числу компонентов.

Хроматографическая колонка сделана из трубки из нержа­ веющей стали диаметром 7/8 мм. Длина колонки может быть от 2 до 6 м. Изменение длины достигается сборкой колонки из

Рис. 65. Хроматограмма полного цикла анализа газа на автоматическом

одной, двух или трех секций. Колонку заполняют сыпучим адсор­ бентом из размолотого диатомового кирпича. Размер зерен 0,2— 0,5 мм. Адсорбент обрабатывают вазелиновым маслом и раство­ ром соды. Вазелинового масла берут 4%, соды 2% от веса адсор­ бента. После обработки адсорбент высушивают до постоянного веса. Хроматографическая колонка, заполненная указанным абсорбентом, работает при постоянной температуре 40°.

На рис. 65 показан участок диаграммы регистратора с за­ писью одного цикла анализа. Время анализа 30 мин. Процентное содержание каждого компонента определяется путем нахождения отношения площади пика отдельного компонента к сумме пло­ щадей пиков всех компонентов анализируемых газов.

210

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ ГАЗА

Теплотой сгорания газа называется количество тепла в кало­ риях, выделившееся при полном сгорании 1 м 3 сухого газа, взятого при 0° и 760 мм рт. ст.

Определение теплоты сгорания газа необходимо для многих практических целей. По составу газа легко можно вычислить его теплоту сгорания, так как теплота сгорания отдельных компонентов известна и ее можно найти в специальных таблицах. Однако не всегда имеется возможность произ­ вести точный и полный хи­ мический анализ газа, по­ этому его теплоту сгорания часто определяют экспери­ ментальным путем, что зна­ чительно легче, чем прово­ дить полный анализ газа.

Теплоту сгорания газа определяют в калориметрах разных систем. Наибольшее распространение получил ка­ лориметр Юнкерса.

Исследуемый газ сжигают в горелке 1 (рис. 66), встав­ ленной внутрь калориметра, а образующиеся продукты сгорания по выходе из ка­ меры 2 проходят по дымо­ гарным трубкам 8, распо­ ложенным вокруг внутрен­ ней камеры. Камера 2 не­

прерывно омывается проточной водой, охлаждающей продукты сгорания до температуры окружающего воздуха. Охлажденные продукты сгорания, опускаясь внпз по трубам в камеру 2 (об­ щий коллектор), удаляются наружу через выхлопную трубу 3. Температура отходящих газов контролируется ртутным термо­ метром 4, тяга — шибером 5.

Вода, образовавшаяся из продуктов сгорания газа, собира­ ется в нижней части калориметра и через штуцер стекает в мерный цилиндр 6. Холодная вода в калориметр поступает из водопро­ вода или напорного бака по трубке 7 в напорный бак 9.

Из бака 9 вода по трубке 10 поступает в калориметр. Внутрен­ нее устройство напорного бака 9 позволяет все время поддерживать

поды регулируется вентилем. Температура входящей воды из­ меряется термометром 12. Далее поступающая в калориметр вода опускается, омывает дымогарные трубки 8 н, отняв тепло от продуктов горения, поднимается в общую камеру. Пройдя специальное устройство 13 (смеситель) , нагретая вода поступает в сосуд 14 с внутренней воронкой. Переливаясь через кран во­ ронки, вода стекает но трубке 15 и через кран 10 направляется плн в канализацию, или в сосуд для взвешивания. Температура нагретой воды после смесителя замеряется термометром 17.

При помощи бака 9 и сосуда 14 в калориметре поддержива­ ется постоянная разность уровней воды, а это обеспечивает по­ стоянную скорость протекания воды через прибор.

Шкала термометров 12 и 17 градуирована от 0 до 50° н раз­ делена на десятые доли градуса. Сотые доли показаний термо­ метра экспериментатор определяет на глаз при помощи лупы. Термометры должны обладать одинаковой точностью п одинако­ вой чувствительностью. Термометры периодически сверяют между собой. Для этого их помещают в большой сосуд с водой и сравнивают их показания. Расхождение в показаниях термо­ метров на 0,1° уже дает ошибку в 1 %, поэтому градуировать термометры следует с точпостью до 0,02—0,01°.

Калориметр должен быть установлен в изолированной ком­ нате с постоянной температурой. Для работы с калориметром необходима вода комнатной температуры, для чего в этой же ком­ нате на высоте 2—3 м установлен бак для воды, укрепленный на кронштейнах.

Калориметр имеет три ножки, снабженные установочными винтами для придания ему вертикального положения, что про­ веряется отвесом 18.

Для измерения количества сжигаемого в калориметре газа служат газовые часы с предельной пропускной способностью 500 л/час. Описание устройства газовых часов см. выше.

Регулятор давления газа включают между газовыми часами и горелкой. Он служит для выравнивания давления газа, под­ водимого к горелке. При помощи регулятора давления в горелке можно устанавливать пламя нужной высоты и, кроме того, под­ держивать пламя всегда ровным. Давление газа можно изменять при помощи гирь, которые накладывают на колокол регулятора. Перед проведением опыта установку проверяют.

Исследуемый газ предварительно должен быть очищен от серо­ водорода, если таковой имеется. С этой целью газ перед посту­ плением в газовые часы пропускают через колонку с болотной рудой или через поглотитель, наполненный раствором медного купороса.

Опыт начинают лишь после того, как из системы будет удален весь воздух, что достигается продувкой установки исследуемым газом; обычно на продувку расходуется 10—15 л газа. После продувки зажигают горелку и, регулируя подачу воздуха, уста­

212

навливают бесцветное пламя высотой 4—5 см. Зажженную го­ релку вставляют в калориметр, предварительно заполненный водой. Горелку помещают в центре камеры калориметра так, чтобы пламя не касалось стенок. За горением газа наблюдают по отражению пламени в зеркальце, помещенном внизу.

Как только зажженная горелка будет установлена в калори­ метр, температура выходящей воды начинает постепенно повы­ шаться н, достигнув максимума, остается практически постоян­ ной. Это постоянство температуры указывает на установившееся тепловое равновесие калориметра. Скорость поступления воды и газа регулируют таким образом, чтобы температура выходящей

была возможно близкой к комнатной температуре.

Лучшие результаты получаются в том случае, если количе­

в калориметр в единицу времени, должно зависеть от его кало­ рийности.

Теплоту сгорания газа определяют после установки в си­ стеме постоянного режима, что характеризуется постоянством температуры воды, поступающей в калориметр и выходящей из него.

Зафиксировав начальное показание газовых часов п пере­ ключив одновременно кран 16, собирают вытекающую из кало­ риметра теплую воду в тарированную емкость. С этого же момента начинают точный учет количества воды, образующейся в процессе сгорания исследуемого газа, собирая ее в мерный цилиндр 6.

В течение всего опыта систематически записывают темпера­ туры поступающей н отходящей из калориметра воды, темпера­ туру газа, поступающего в газовые часы, атмосферное давление, давление в газовых часах и показания газовых часов. По окон­ чании опыта одновременно отмечают конечное показание газовых часов, выходящую из калориметра теплую воду направляют в канализацию путем соответствующего поворота крана 16, про­ изводят последнюю запись температур поступающей и отходящей воды, температуры и давления в газовых часах, температуры продуктов сгорания, температуры и давления окружающего воздуха.

Количество воды, прошедшей через калориметр в течение всего опыта и поступившей в сосуд для взвешивания, определяют взвешиванием на весах с точностью до 1 г.

Получив в результате опыта все необходимые данные, вычи­ сляют высшую и низшую теплоту сгорания исследуемого газа.

Высшую теплоту сгорания подсчитывают по формуле

213

Среднюю разность температур воды получают вычитанием среднеарифметической температуры входящей воды из средне­ арифметической температуры выходящей воды.

Низшую теплоту горения газа можно определить вычитанием значения теплоты конденсации водяных паров, образовавшихся при горении исследуемого газа, из значения высшей теплоты сгорания по формуле

Qn = Q, — q.

Теплоту конденсации водяных паров находят но уравнению

__ GOO а ,

где — вес собранной конденсационной воды, образовавшейся при сгорании Г0 исследуемого газа, в г;

600 — количество калорий, выделяющихся при конденсации

1 мл воды.

Для определения высшей теплоты сгорания газа в калори­ метре Юнкерса необходимо сжечь 10 л исследуемого газа. Для определения низшей теплоты сгорания требуется сжечь не менее 50 л газа, ибо количество воды, образующейся при сжигании 10 л газа, настолько мало, что ее трудно учесть.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ГАЗА ВЕСОВЫМ МЕТОДОМ

Количественное определение содержания паров воды в угле­ водородных газах основано на поглощении их различными вы­ сушивающими веществами. Содержание влаги в газе рассчиты­ вают по привесу поглотителя после пропускания через него за­ меренного количества газа. В качестве поглотителя применяют главным образом хлористый кальций, фосфорный ангидрид, серную кислоту и перхлорат магния. Протекающие при этом реакции определяются следующими уравнениями:

СаС12 -|- х Н20 = СаС12 • х Н20,

Р20 5 + ЗН20 - 2Н3Р 04,

214

H2S04 -+- x H20 = H2S04 • x H20,

Mg(C104)2 + 6H20 = Mg(C104)2 • 6H20 .

По поглотительным способностям лучшим осушителем явля­ ется фосфорный ангидрид. Остаточная влажность высушенных газов при 25° составляет [411".

для Р20 5. . . 2- Ю_5Н.,0 мг/л газа

Однако, несмотря на высокую поглотительную способность, применение фосфорного ангидрида для указанных целей ограни­ чено, так как последний не пригоден для газов, содержащих непредельные углеводороды, которые частично полимеризуются фосфорной кислотой. Серная кислота также поглощает непре­ дельные углеводороды. Поэтому при выборе поглотителей в каж­ дом отдельном случае необходимо принимать во внимание со­ став исследуемого газа. Влажность газа весовым способом опре­ деляют так: U-образную стеклянную трубку высотой 100 мм и диаметром 10 мм заполняют высушивающим веществом. Запол­ ненная осушителем и закрытая пришлифованными пробками трубка продувается анализируемым газом в течение нескольких минут для вытеснения воздуха и взвешивается на аналитических весах.

Исследуемый газ пропускают через две пли три приготовлен­ ные указанным выше способом U-образные трубки с постоянной скоростью около 5—6 л/час. Объем пропущенного газа замеряют газовыми часами. Во время опыта систематически записывают температуру газа и атмосферное давление. Количество потребного на анализ газа приблизительно определяют, исходя из ориенти­ ровочной влажности газа, с таким расчетом, чтобы привес погло­ тительных трубок был не менее 0,01—0,02 г. По окончании опыта поглотительные трубки снова взвешивают на аналитических весах. Перед взвешиванием в первый и во второй раз поглотитель­ ные трубки должны принять температуру комнаты, где происхо­ дит взвешивание.

Привес, полученный в трубках, принимается за вес воды. Увеличение веса контрольной трубки (второй или третьей) ука­ зывает, что осушитель первой трубки отработал и его необходимо заменить свежим.

215

в U-образную трубку, должен быть соответственно подготовлен. Его измельчают на куски диаметром 3—4 мм, отсеивают от пыли и высушивают в сушильном шкафу при 200°. Температуру сушиль­ ного шкафа рекомендуется поднимать постепенно в течение при­ мерно 3 час., после чего сушку продолжают при этой температуре 4 час. Более высокую температуру в сушильном шкафу держать не рекомендуется, потому что возможно частичное спекание кальция, отчего падает его поглотительная способность.

Для поглощения влаги из газа серной кислотой обычно приме­ няют кислоту уд. веса 1,84.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОГО ВЕСА ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ

Так как пары подчиняются законам идеальных газов, молеку­ лярный вес жидких углеводородов, кипящих ниже 100°, может быть определен по плотности пара согласно следующей формуле:

манометра в мм.

Метод основан на испарении навески взятого на исследование жидкого углеводорода в эвакуированном сосуде известного объема при комнатной температуре. Замеряя разность давления до и после испарения навески, определяют плотность пара.

216

Прибор, применяемый для определения молекулярного веса жидких углеводородов (рис. 67), состоит из круглодонной колбы 1 емкостью 1 л, соединенной с ртутным манометром 2. Пробковый кран в горловине колбы должен иметь более широкое отверстие, чем обычный кран, служащий для разламывания ампул с веще­ ством.

изводят запись температуры и давления.

Точность метода проверялась М. И. Дементьевой на чистых углеводородах. Средняя ошибка определения составляет около 1,0% и зависит главным образом от неточности измерения мано­ метра. Применение чувствительного дифференциального мано­ метра может повысить точность метода. При параллельных опре­ делениях расхождение составляет около 0,5%.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.К н о р р е Г. Ф. Тепловые расчеты по газовому анализу. Гос - энергоиздат, 1947.

217'

П Р И Л О Ж Е Н И Я

Таблица 1

Приведение объема газа к нормальным условиям

Поправки для давления

219