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

переходить от одной скорости газа к другой; в нем удооно произ­ водить отсчет разности уровней жидкости.

Перед применением реометр должен быть проградуирован опытным путем по тому газу, для измерения расхода которого он предназначен. Градуировку на большие скорости газа обычно производят при помощи газовых часов, которые предварительно должны быть проверены.

При скоростях газа порядка 15—20 л,час градуировать рео­

стоянством показаний реометра при постоянной температуре газа, поворачивают трехходовой кран 6 так, чтобы бутыль 4 была соеди­ нена с реометром 3\ одновременно открывают кран 8, установлен­ ный в нижнем тубусе' бутыли, и включают секундомер. В прибор пропускают такое количество воздуха, которое должно соответ­ ствовать количеству воды, вытекающей из бутыли 4, что регули­ руется краном 8; скорость вытекания воды держат такой, чтобы давление в бутыли 4 в течение всего опыта было равно атмосфер­ ному. Воду из бутыли 4 собирают в мерный цилиндр 9. Показания реометра 3, манометра 5, секундомера, объема воды в цилиндре 9 и температуры газа записывают через определенные промежутки времени. Градуировку повторяют 2—3 раза.

Определив таким образом количество воздуха, прошедшего через реометр в 1 мин., отмечают на шкале реометра положение уровня жидкости при данной скорости воздуха. Градуировку рео­ метра производят при различных скоростях воздуха, т. е. при различных уровнях жидкости. На основании полученных данных строят градуировочную кривую, устанавливающую зависимость скорости газа в миллиметрах или литрах от высоты столба жид­

60

кости в реометре. Значение скорости воздуха отмечают на шкале

реометра.

Ротаметры. Ротаметр [4| является приспособлением для изме­ рения расхода газа. Он состоит из трубки, диаметр которой равно­ мерно увеличивается от дна кверху. Трубка снабжена шкалой, показывающей объемную скорость газа. Внутри трубки имеется поплавок в виде волчка, который увлекается вверх током газа и в то же время приводится в быстрое вращательное движение вокруг вертикальной осп благодаря косым бороздкам, нанесен­ ным по его верхнему краю. В результате поплавок висит в токе газа, не касаясь стенок трубки. Поплавок поднимается по трубке до тех пор, пока не оставит достаточного пространства между своим телом и стенками трубки для прохода газа с силой да­ вления, равной весу поплавка.

Калибруются ротаметры опытным путем; полученные при ка­ либровке данные пригодны лишь для строго определенного об­ разца ротаметра, прокалиброванного для определенного газа и при определенных температуре и давлении.

Если ротаметр работает в условиях температуры и давления, отличных от калибровочных, то объем газа находят [5] по формуле

Ротаметры изготовляют для измерения практически неогра­ ниченных расходов газа. Чем больше диаметр трубки п вес по­ плавка, тем больше расход газа. Погрешность ротаметра в прак­ тических условиях может достигать 2% и больше в зависимости от условий эксплуатации.

Газовые часы. Для непрерывного учета сравнительно больших объемов газа в потоке служат газовые часы. Они бывают самых разных размеров. В газоаналитпческих лабораториях обычно пользуются небольшими газовыми часами, способными учитывать газ в потоке, скорость которого не превышает 10 л/мин.

61

На рис. 10 изображена схема газовых часов.

Барабан 1, укрепленный на вращающейся осп, помещен в ме­ таллический кожух 2, в который налита вода. Внутреннее про­ странство барабана разделено перегородками 3 на четыре равные камеры 4. Каждая камера имеет два отверстия: наружное, через которое камера сообщается с промежутком, образованным кожу­

хом н барабаном, и внутреннее, которое сообщает камеру с цилин­

пает в ту из камер 4, внутреннее соединительное отверстие которой в это время находится над водой. Вследствие давления газа на стенки камеры 4 барабан 1 поворачивается по часовой стрелке и из-под воды выходит второе, наружное отверстие камеры, через которое газ поступает в пространство между вращающимся бара­ баном и внешним кожухом. Отсюда газ по трубке 7 выходит из часов.

Последовательно заполняя все четыре камеры, газ заставляет барабан непрерывно вращаться. Вращение вала барабана пере­ дается на стрелку, движущуюся по циферблату.

При одном обороте барабана стрелка также делает один обо­ рот. Кроме большого циферблата, на передней стенке часов имеются еще три малых со шкалами: 0—1—10 л, 0—10—100 л,. 0—0,1 —1 .и3, которые показывают соответственно десятки, сотни и тысячи литров. Стрелки циферблатов вращаются от вала бара­ бана посредством системы зубчатых колес.

Так как объем одной камеры известен, то при каждом полном

62

обороте барабана через газовые часы проходит определенный объем газа.

Таким образом, расход газа может быть подсчитан по формуле

Г = vn,

где Г —количество прошедшего через часы газа в м3/чпс или

дм3/час;

п— число оборотов барабана газовых часов за время изме­ рения:

v — измерительный объем камер счетчика в м3 или дм3.

Приведенное соотношение указывает на важность поддержа­ ния уровня в строго определенном положении. Незначительное отклонение уровня от нормального положения влечет за собой изменение величины v, что обусловливает дополнительные по­ грешности в показаниях прибора.

Рис. И . Схима установки газовых часов.

Количество-газа, прошедшего через часы, определяют но раз­ ности показаний часов в начале и конце опыта.

Во время работы газовых часов следует систематически записы­ вать показания термометра и манометра, необходимые для по­

Газовые часы требуют аккуратного обращения с ними и регу­ лярной проверки их. Для проверки правильности показаний газо­ вых часов собирают установку по схеме, изображенной на рис. 11. Впускной кран часов соединяют с калиброванным газо-

63

метром 1, наполненным воздухом, а выпускной кран с калибро­ ванным газометром 2, наполненным водой. Медленно выпустив через кран 3 некоторое количество воздуха в атмосферу по мано­ метру 5 и доведя большую стрелку газовых часов 6 до нулевого деления, соединяют часы с газометром 2.

Подставив к крану 4 сухую мерную литровую колбу 7, про­ пускают воздух и, когда уровень воды в колбе поднимется до метки, нанесенной на шейке ее, отмечают показание газовых ча­ сов. Скорость вытекания воды из газометра 2 регулируют краном 4 так, чтобы давление в газометре 2 равнялось атмосферному. При этом условии количество воздуха, поступающего в газометр 2, будет равно по объему количеству воды, вытесненной из газо­ метра. Таким образом проверяют градуировку всей шкалы и вы­ водят поправку к показанию газовых часов, отвечающему полному обороту большой стрелки.

ОСУШКА И ОЧИСТКА ГАЗА

Газы нефтепереработки являются сложной смесью углеводород­ ных и неуглеводородных компонентов. Углеводородные компо­ ненты состоят из предельных н непредельных соединений, а в ка­ честве неуглеводородных компонентов могут быть углекислота, кислород, сероводород, меркаптаны и пары воды.

При исследовании химического состава такой сложной газовой -смеси часто требуется произвести очистку газа от различных компонентов или осушку его от паров воды.

Для очистки и осушки газов в газоаналитических лаборато­ риях применяют различные промывалки, колонки и осушитель­ ные трубки. Все они служат для улавливания отдельных компо­ нентов газовой смеси для их определения или удаления. По харак­ теру материалов, применяемых для поглощения газов, сосуды делятся на жидкостные промывалки и колонки с твердыми погло­ тителями. Разнообразие конструкций их объясняется стремле­ нием создать такой поглотительный сосуд, который обеспечивал бы максимальное поглощение газа в более короткое время при минимальной затрате поглощающего материала.

В лабораторных условиях промывалку барботажного типа можно сделать из стеклянной банки. В склянку вставляют плотно пригнанную резиновую пробку с двумя отверстиями. В одно из них вставляют стеклянную трубку, доходящую до дна, в другое трубку вставляют так, чтобы нижний конец ее был заподлицо

с пробкой.

Недостаток этих поглотительных сосудов состоит в том, что они малоэффективны вследствие недостаточности времени сопри­ косновения пузырьков газа с поглотительной жидкостью. Кроме того, если в системе образуется противодавление газа, поглоти­ тельная жидкость начнет подниматься по длинной трубке и мо­ жет попасть в соединенную с ней систему, что крайне нежела­ тельно.

64

О С Н О В Н Ы Е Ч А С Т И П Р И Б О Р О В Д Л Я П О Г Л О Т И Т Е Л Ь Н О Г О А Н А Л И З А

Каждый газоанализатор, применяемый при исследовании газа волюмометрическим методом, имеет следующие основные части: газовую бюретку, поглотительные пипетки, краны и соединитель­ ную гребенку; более усовершенствованные аппараты, кроме того, имеют трубки для сожжения и электропечи для нагрева трубок [6].

Газовые бюретки. Газовая бюретка служит для измерения объема газа. Она представляет собой стеклянную трубку, на которую нанесена градуированная шкала на 100 мл с таким рас­ четом, чтобы можно было отсчиты­ вать миллиметры и их доли; это очень удобно, так как соответ­ ствует объемным процентам. При пользовании бюретками несерий­ ного изготовления рекомендуется их проверять по методике, опи­ санной в руководствах [7].

Различные формы газовых бюреток изображены на рис. 12. Каждая бюретка в верхней ча­ сти имеет трехходовой кран, по­ средством которого она может соединяться с гребенкой и с ат­

Чтобы предохранить газ от резких колебаний температуры, измерительную бюретку помещают в водяную рубашку, заполнен­ ную дистиллированной водой.

' При анализе газа выбор измерительной газовой бюретки обусловливается составом анализируемой газовой смеси.

Бюретки (рис. 12, а и б), изготовленные из трубки равно­ мерного сечения, применяют при анализе сложных газовых сме­ сей, состоящих из нескольких компонентов. По мере поглощения каждого компонента соответствующими реагентами можно заме­ рять объем газа с одинаковой точностью по всей высоте. Такие бюретки емкостью 100 мл, длиной 600—650 мм позволяют изме­ рять объем с точностью до 0,1 мл. С уменьшением длины бюретки точность измерений падает, так как расстояние между делениями становится слишком мало для точных отсчетов.

Бюретки (рис. 12, в и г), изготовленные из стеклянных трубок разного диаметра с расширенной верхней или средней частью, применяют для анализа в том случае, если значительная доля5

(более 50%) анализируемой газовой смеси не поглощается нлн не сжигается во время анализа. Вследствие утолщения верхней нлн средней части бюретки остальная ее часть делается более узкой, что позволяет точнее измерять объем газа и уменьшать общую высоту бюретки. Для технических анализов, где измерение объема с точностью до 0,1 мл вполне приемлемо, такие газовые бюретки широко применяются. Подобными бюретками оборудованы газо­ анализаторы типа ВИАМ, Орса, Гемпеля и др.

Для более точного анализа применяют двойную бюретку, поз­ воляющую производить измерения с точностью до 0,05 мл. Такая

пробы газа к первоначальным условиям уменьшить ошибки, возникающие вследствие изменения температуры газа во время анализа.

Поглотительные пипетки. В газовом анализе применяют пи­ петки двух типов — контактные и барботажные; конструкции тех и других самые разнообразные. На рис. 13 изображены погло­ тительные пипетки контактного типа. Наиболее простые из них (рис. 13, а и б) состоят из двух одинаковых по объему стеклянных сосудов, соединенных между собой тонкой трубкой. Один сосуд, верхняя часть которого заканчивается более узкой трубкой, соединяется с газовой бюреткой, другой остается свободным и предназначен для приема поглотителя, вытесняемого газом из первого сосуда. К недостаткам пипеток этого типа относится непрочность трубки, соединяющей сосуды, поэтому они часто ло­ маются. В этом отношении более удобны контактные пипетки, изображенные на рис. 13, виг . Газ в пипетках контактного типа поглощается благодаря непосредственному соприкосновению газа с поверхностью реагента (поглотителя). Чтобы увеличить поверх­ ность соприкосновения газа с реагентом, пипетку заполняют на­ садкой, которая представляет собой тонкостенные стеклянные трубки диаметром 4—5 мм и длиной 100—120 мм. Эти трубки,

66

смоченные поглотительным раствором после его вытеснения из пипетки, создают большую поверхность, способствующую погло­ щению газа, и потому поглощение протекает гораздо быстрее, чем в пипетках без насадки.

Рис. 14. Поглотительные пипетки барботажного типа.

Контактные пипетки с насадкой особенно эффективны при применении таких вязких поглотительных растворов, как щелоч­

ные, которые сравнительно долго задерживаются на стенках пипетки и в их стеклянных тру­

бочках, применяемых в качестве насадочного материала.

На рис. 14 представлены раз­ личные типы барботажных пипе­ ток, которые наиболее удобно при­ менять для маловязких и невспенивающихся поглотительных рас­ творов, как, например, для сер­ ной кислоты слабой концентра­ ции, бромной воды н др. В пипетки барботажного типа газ поступает по трубкам, доходящим почти до дна сосуда. Барботажная трубка может заканчиваться шариком с мелкими отверстиями или пори­ стой пластинкой. Оба приспосо­ бления имеют целью разделить

дом сожжения применяют соот­ ветствующие пипетки со спиралью (рис. 15) из платиновой про­

волоки длиной 80 мм и диаметром 0,3—0,5 мм. Концы спирали, впаянной в стеклянную трубку, припаяны к медным проводни­

кам, по которым подводят электрический ток. Для полного накала платиновой спирали требуется напряжение электротока 8—12 в. Пипетки с платиновой спирйлью бывают различной формы.

На рис. 15, б изображена пипетка с платиновой спиралью для сожжения горючих газов, применяемая на газоанализаторе ВТИ, а на рис. 15, а — пипетка, применяемая на газоанализаторе Фпшера. Пипетка ВТИ отличается от пипетки Фишера тем, что рабочая часть ее имеет двойные стенки, между которыми пропу­ скается вода для охлаждения газа после сожжения. Устройство этих пипеток наиболее простое, а потому они широко приме­ няются на практике.

Удлиненный конец рабочей части пипетки ВТИ опущен в ниж­ ний сосуд, а рабочая часть пипетки Фишера через нижний патру­ бок соединена каучуковой трубкой с напорной грушей. Как ниж­ ний сосуд пипетки ВТИ, так и груша пипетки Фишера служат для приема запирающей жидкости (обычно воды), вытесняемой из рабочей части во время процесса сожжения.

При сожжении газа смесь горючего газа с воздухом или с кис­ лородом медленно пропускается над раскаленной платиновой спиралью, которая предварительно освобождается от запираю­ щей жидкости и нагревается до необходимого накала; йри сож­ жении предельных углеводородов накал спирали доводят при­ мерно до светло-красного.

Недостатком метода сожжения предельных углеводородов над раскаленной платиновой спиралью является относительно боль­ шая продолжительность анализа. При более быстром пропуска­ нии газа над накаленной спиралью часто получаются взрывы, что приводит к разрушению пипетки. Чтобы обезопасить лабо­ ранта, обычно пипетки, предназначенные для анализа газа мето­ дом сожжения над накаленной платиновой спиралью, защищают небольшим щитом из органического стекла.

Трубки для сожжения газа. Удобнее и безопаснее производить сожжение углеводородных газов в трубках из кварца, фарфора или из нержавеющей стали, заполненных зернами окиси меди и нагре­ тых до 800—900°. Водород и окись углерода сгорают над окисью меди при 270—275°, поэтому эти газы можно сжигать в трубках, изготовленных из тугоплавкого стекла пирекс пли молибдено­

вого.

Трубки, применяемые для сожжения углеводородных газов, бывают самой разнообразной формы (рис. 16). Трубки в форме петли применяют на газоанализаторах ВТИ, ВИАМ, ЛТИ и ГИАП для сожжения водорода, остальные типы трубок — в дру­ гих, более простых аппаратах для сожжения предельных углево­ дородов. На аппарате ВТИ металлическая петля применяется для сожжения водорода п предельных углеводородов. Концы в ме­ таллических трубках имеют холодильники пли ребра для сниже­ ния температуры, чтобы не обгорали соединительные резиновые трубки.

68

Кварцевая трубка диаметром около 12 мм имеет с одной сто­ роны капилляр, с другой — достаточно широкую трубку, через которую можно засыпать зерна окиси меди. Чтобы уменьшить объем вредного пространства трубки, в нее вкладывают капил­ лярную трубочку.

Метод сожжения газов над окисью меди отличается от преды­ дущего тем, что он не требует составления смеси газа с воздухом или с кислородом. При этом методе горение углеводородов осу­ ществляется за счет кислорода, выделяемого из окиси меди, которая сама восстанавливается до металлической меди. После окончания анализа восстановленная медь должна быть снова

■ 20

-ао

окислена пропусканием через нее тока воздуха при температуре порядка 400°.

Основным преимуществом метода сожжения над окисью меди является то, что сжигается вся проба газа, а не часть ее, как при сожжении газа при помощи кислорода или воздуха над платино­ вой спиралью, что повышает точность определения.

Этот способ сожжения над окисью меди имеет наибольшее распространение.

Электропечи. Для нагревания петель и металлических трубок, заполненных окисью меди, применяют электрические печи. Тем­ пературу электропечи регулируют лабораторным автотрансфор­ матором. Электрические печи, предназначенные для нагрева петли до 850—900°, имеют переключатель, дающий возможность менять температуру печи от 250—300° до 850—900°.

Фарфоровые и металлические трубки для сожжения предель­ ных углеводородов нагревают в трубчатой электрической печи, раскрывающейся на две половины. Муфельная и раскрывающаяся трубчатая электропечи очень удобны в работе. После сожжения горючих газов они легко снимаются с трубки для быстрейшего остывания последней, что ускоряет ход анализа.

При сожжении водорода температуру электропечи можно из­ мерять ртутным термометром, при сожжении предельных угле­ водородов — термопарой (хромель-алюмель). При сожжении во­ дорода особое внимание необходимо обращать на поддержание постоянства температуры в электропечи; колебание температуры не должно превышать ±5°.

69