Дисциплина: Химия на природните горива

Направление “Горива”

Плътността на телата се дефинира като маса в единица обем от веществото. На нефтопродуктите се определя относителна плътност. Тя представлява отношение на плътността на веществото и плътността на избрано стандартно вещество; дефинира се като отношение от масите на равни обеми от веществото и стандартното вещество. Кото такова при определяне относителната плътност на течните и твърдите нефтопродукти се използва водата, а при газовете – въздухът.

Плътността и относителната плътност на въглеводородите зависят от: молекулната маса, температурата на кипене и от хомоложния им ред. При една и съща молекулна маса най-ниска относителна плътност имат алканите. При циклоалканите тя се повишава и най-висока стойност има при арените. Алкените заемат междинно място между алканите и циклоалканите.

Най-точно относителната плътност се определя с помощта на пикнометър. Определянето се основава на измерване на масите на един и същ обем от нефтопродукта и вода, с които се запълва пикнометърът. Масите се определят на аналитични везни с точност ±0.0002 g.

За да се определи относителната плътност, трябва предварително да са известни масата на пикнометъра и водното му число. Водното число представлява масата на вода с обем, равен на обема на съответния пикнометър. Обикновено се определя при 20 ^oС.

Ако пикнометърът е с шлифована капиляра, след напълването му внимателно се затваря, като се държи за шийката. Излишната течност изтича от капилярата, като образува капка върху горния и край.

Пикнометърът се темперира при необходимата температура /20 ^oС/, в продължение на 45-60 мин. По време на темперирането се следи да не се изпари капката, образувала се над капилярата. Преди тегленето на везната, пикнометъра старателно се избърсва от водата.

Разликата между масите на празния пикнометър m₁ и пълния с вода m₂ представлява водното число:

d==

Разликата в определената експериментално плътност при две паралелни измервания не трябва да превишава 4 единици в четвъртия знак след десетичната запетая. Относителната плътност е безразмерна величина.

ХИМИКОТЕХНОЛОГИЧЕН И МЕТАЛУРГИЧЕН УНИВЕРСИТЕТ

Направление “Горива”

Вискозитет е една от най-важните характеристики на течностите и газовете. Той има значение както при изследване на състава и свойствата на нефтопродуктите, така и при нефтопреработването.

Дестилацията на маслените фракции в производството се провежда преди всичко с оглед на вискозитета им. Той обуславя разхода на енергия при транспортиране на нефтопродуктите. Основен критерий при експлоатацията на маслата са вискозитетно-температурните им свойства. При някои методи на структурно-груповия анализ вискозитета служи като основен параметър.

При движението на флуид под действието на външна сила възниква триене между два съседни пласта. Силата на триенето зависи от площта на пластовете S, разстоянието между тях Н и относителната им скорост V:

В химията и технологията на нефтопродуктите обикновено се работи не с динамичния, а с кинематичния вискозитет. Той представлява отношението на динамичния вискозитет и плътността на нефтопродуктите (при една и съща температура).

Условният вискозитет на Енглер представлява отношение на времето за изтичане на 200 сm³ нефтопродукт при дадена температура и времето за изтичане на същия обем вода при 20 ^оС.

τ_н е времето за изтичане на 200 сm³ нефтопродукт при определена температура,

τ_в е времето за изтичане на 200 сm³ вода при 20 ^оС.
Условната измервателна единица се нерича Енглеров градус ( ^оЕ ) .

Времето за изтичане на 200 сm³ вода при 20 ^оС не е постоянна величина и се мени при различните вискозиметри. Стойността му за даден апарат се нарича водно число на вискозиметъра.

При повишаване на температурата на кипене, респ. молекулната маса на индивидуалните въглеводороди, вискозитетът обикновено се увеличава. При постоянна температура на кипене най-нисък вескозитет имат алканите, а най-висок – арените. Ако строежът на циклите е един и същ, с увеличаването на броят им в молекулата вискозитетът рязко нараства. Аналогично влияние оказва и увеличаването на разклонените странични вериги на ядрата (при постоянен брой на въглеродните атоми в алкановите субституенти). При намаляване дължината на страничната верига, вискозитетът се понижава. Хидрирането на ароматните цикли до циклоалкани предизвиква нарастване на вискозитета. Изключение правят антрацена, фенантрена. Двойната връзка в страничните вериги понижава вискозитета.

Вискозитетът на нефтопродуктите зависи както от температурата им на кипене, така и от съотвитните им компоненти. Най-висок е вискозитетът на асфалто-смолните вещества. При рафиниране на дестилатите съдържанието на тези вещества намалява, затова вискозитетът на рафинатите е по-нисък.

Вискозиметърът на Енглер се състои от цилиндричен резервоар, който има капилярен отвор. Резервоарът се покрива с капак, на който има гнездо за термометър. Резервоарът на вискозиметъра е потопен в метална риза, която в зависимост от температурата, при която ше се определя вискозитетът, се запълва с подходяща течност – вода, масло, глицерин или др. и служи като нагревателна баня. Равномерното нагряване се осигурява от бъркалка. В резервоарът са закрепени на еднаква височина и под ъгъл 120 ^о три метални рогчета, до чиито върхове трябва да достига нивото на нефтопродукта.

Резервоарът заедно с нагревателната баня е поставен на триножен статив, чиито крака имат винтсве за нивелиране на уреда.

Всеки вискозиметър се придружава от калибрирана колба с обем 200 сm³.

Вискозиметърът има монтиран електронагревател.

Капилярата се затваря с дървено щифтче и продуктът, който ще се анализира се налива в резервоара до определената височина. Ако уредът не е нивелиран добре, нивото на течността не покрива едновременно трите рогчета. След това се затваря капакът и се изчаква да настъпи топлинно равновесие. Течността във външната баня периодично се разбърква с бъркалката. Нефтопродуктът в резервоара се разбърква, като с показалеца на едната ръка се натиска дървеното щифтче, а с другата ръка се завърта капакът последователно наляво и надясно. Заедно с него се движи и термометърът, който разбърква нефтопродукта.

След като нефтопродуктът се темперира, под отвора се поставя калибрираната мерителна енглерова колба. Едновременно бързо се повдига дървеното щифтче и се включва секундомерът. Струята на изтичащия нефтопродукт трябва да бъде непрекъсната през цялото време на определянето. Ако тя започне да се прекъсва, т.е. нефтопродуктът да изтича на капки дори за няколко секунди, определянето се счита за нестандартно. Причина могат да бъдат механични примеси в капилярата или ниска температура. В първия случай вискозиметърът трябва да се промие и почисти, а във втория е необходимо вискозитетът да се определи при по-висока температура. Колбата трябва да се постави така, че струята да се стича по стените за да не се образува пяна.

След като нефтопродуктът в колбата достигне мярката, секундомерът се спира и се отчита времето, за което са изтекли 200 сm³ .

По напълно аналогичен начин се намира водното число на вискозиметъра, т.е. времето за изтичане на 200 сm³ вода при 20 ^оС.

Вискозитетът на нефтопродукта се изчислява в енглерови градуси по формулата:

Направление “Горива”

Стандартният метод за определяне на фракционния състав на горивата се състои в дестилиране на проба от продукта в специална стандартна апаратура, показана на фиг. 1

В колбата се наливат точно 100 cm³ от изследваното гориво, имащо температура 20^оС. Пуска се вода в хладника (когато горивото е бензин). Започва нагряването. Образувалите се пари постъпват в хладника, където се кондензират. Полученият кондензат се събира в градуиран приемник.

При фракционна дестилация на бензин първата капка трябва да се получи меду петата и десетата минута от началото на нагряването, керосиновите дестилати – след десетата и преди петнадесетата минута. Следи се и скоростта на провеждането на дестилациятя: след получаването на първата капка, като оптимална се приема тази скорост, при която се получават 4-5 cm³ за една минута.

В момента на отделянето на първата капка кондензат в приемника се отчита температурата, която се приема за температура на началото на кипене на на горивото. След това се отчитат температурите, при които в приемника се събират 10 % от дестилираното гориво ( 10%, 20%, 30% и т.н.). За крайна температура на кипене се приема тази, при която са отдестилирани 97-98% от горивото. Ако при опита не е достигнато отделянето на такова количество, за крайна се приема най-високата температура, която е била отчетена (когато дестилацията завърши, температурата започва бързо да се понижава).

ХИМИКОТЕХНОЛОГИЧЕН И МЕТАЛУРГИЧЕН УНИВЕРСИТЕТ
Катедра “ОСГ”

Направление “Горива”

IV. Определяне съдържанието на ненаситени въглеводороди в крекинг бензин.

Методът за определяне на йодно число се състои във въздействие на изпитвания нефтопродукт с алкохолен разтвор на йод, третиране на свободния йод с разтвор на натриев тиосулфат. Йодното число се изразява в грамове йод, присъединени към 100 g нефтопродукт.

В конусна колба с вместимост 500 cm³ с шлифована запушалка се налива 15 cm³ етилов алкохол и към него с пипета се прибавя пробата. Предварително трябва да е известна плътноста на бензина при температурата на изпитването и масата на пробата се изчислява чрез умножаване на взетия обем нефтопродукт по неговата плътност.

В колбата се налива от бюрета 25 cm³ алкохолен разтвор на йод, затваря се плътно със запушалка, предварително намокрена с разтвор на калиев йодид и внимателно се разклаща в продължение на 5 min. Оставя се на тъмно още 5 min, след което запушалката и стените на колбата се промиват с малки количества дестилирана вода. Добавя се 20 – 25 cm³ разтвор на калиев йодид и се титрира с 0.1 моларен разтвор на натриев тиосулфат.

Когато течността в колбата придобие светложълт цвят, прибавя се 1 – 2 cm³ разтвор на скорбяла и титрирането продължава до изчезване на синьо-виолетовото оцветяване.

По аналогичен начин за изчисляване на йодното число се прави празна проба (без нефтопродукт).

Формулата за изчисляване на йодното число е следната:
Й.ч. = .100,
където V – обемът на 0.1 моларен разтвор на натриев тиосулфат, изразходван за

титрирането на контролната проба, cm³;

V₁ - обемът на 0.1 моларен разтвор на натриев тиосулфат, изразходван за

титрирането на изпитвания продукт, cm³;

F - факторът на 0.1 моларен разтвор на натриев тиосулфат;

0, 01269 – количеството йод, еквивалентно на 1 cm³ точно 0.1 моларен разтвор на натриев тиосулфат, g.

ХИМИКОТЕХНОЛОГИЧЕН И МЕТАЛУРГИЧЕН УНИВЕРСИТЕТ

Направление “Горива”

V. Критична температура на разтваряне на нефтопродукти в анилин (Анилинова точка).

Анилиновите точки на нефтопродуктите се определят в апаратче, показано на фиг. 2.25. Състои се от две епруветки с размери съответно: 150±mm височина и 25±1mm диаметър на вътрешната и 150 mm височина и 40±2 mm диаметър на външната. Във вътрешната епруветка 3 се поставя сместа от нефтопродукт и анилин, в която се потапя термометър 4 .С помощта на бъркалката 5 сместа се разбърква при загряването ú. Термометърът трябва да достига до границата между нефтопродукта и анилина. Вътрешната епруветка се закрепва с помощта на подходяща запушалка във външната. Целесъобразно е запушалката да има отвор с много малък диаметър или да бъде снабдена с каиляра, през която въздухът да може свободно да се разширява и свива. Епруветката 2 изпълнява ролята на въздушна баня.Вътрешната епруветка не трябва да допира до стените или дъното на външната.


Системата от двете епруветки се поставя в подходяща баня, обикновено чаша с вода, ако анилиновата точка е под 90 ºC, или с глицерин, течен парафин и други подобни, ако анилиновата точка е над 90 ºC. С оглед на равномерното загряване на банята се препоръчва чашата да не бъде по-малка от 750 cm³. Използваната вода трябва да бъде дестилирана или поне прекипяна няколко пъти. В противен случай при загряване водата се деаерира и по стените на външната епруветка и чашата се задържат много въздушни мехурчета.Това затруднява наблюдаването на сместа от анилин и нефтена фракция.

За определяне на равнообемната анилинова точка във вътрешната епруветка се наливат равни обеми от нефтопродукт и анилин (прясно дестилиран). Поставя се бъркалката и термометърът, чийто резервоар трябва да бъде потопен напълно в сместа. Скоростта на нагряването на банята може да бъде голяма, докато температурата на сместа от анилин и нефтопродукт достигне 5-10 ºС под очакваната.След това загряването продължава така, че температурата на сместа да се повичава с 0.5 ºС за една минута. Едновременно с това течността се разбърква с бъркалката 5. Понеже при температура под анилиновата точка системата е двуфазна, сместа е мътна и непрозрачна. Постепенно тя започва да се избистря.Отчита се температурата, при която изчезват последните следи от мътилката. След това нагряването се преустановява и банята започва да се охлажда. Когато температурата на сместа се понижи достатъчно (достигне 1-2 ºС над температурата, при която е изчезнала мътилката), тя трябва да се разбърква, докато се появи трайна мътилка около резервоара на термометъра.При недостатъчно разбъркване може да се получи преохлаждане и помътняване в отделните участъци на течността. То е нетрайно и изчезва при добро разбъркване на сместа. Отчита се температурата, при която се появява трайна мътилка, неизчезваща при разбъркване. Тази температура се приема за равнообемна анилинова точка, ако не се отличава с повече о 0.1 ºC от температурата,при която е изчезнала мътилката.

Определнето се повтаря в нова чиста епруветка със същите колиества анилин и нефтопродукт и същия термометър. Равнообемната анилинова точка от двете определяния не трябва да се различава с повече от 0.2ºC.
По анилиновата точка се съди за съдържанието на арени в нефтопродуктите – колкото по-голямо е тяхното количество, толкова по-ниска е критичната температура на разтваряне на нефтопродукта в анилин.

Плътност

Фракционна дестилация

Карбамидна депарафинизация

Анилинова точка