Определение основных свойств и состава нефтей и нефтепродуктов

2.1 Лабораторная работа №1: Определение молекулярной массы нефтепродуктов криоскопическим методом

Цель работы: Научитьсяопределять молекулярную массу нефтепродукта криоскопическим методом с помощью термометра Бекмана.

 

Ι Теоретическая часть

Для нефтей и их фракций определяется средняя молекулярная масса, т.к. нефть и её фракции состоят из сотен (тысяч) углеводородов и их производных. Молекулярная (мольная) масса нефтяной фракции зависит от средней температуры кипения фракции и её группового химического состава.

Экспериментальное определение молекулярной (мольной) массы нефтяных фракций основано на правиле Рауля-Вант-Гоффа о прямой пропорциональности осмотического давления и мольной концентрации вещества в растворе. Осмотическое давление в свою очередь находится в прямой зависимости от таких величин, как понижение точки замерзания растворов и повышение точки кипения.

Для нефтяной фракции (нефтепродуктов) нашёл применение криоскопический метод, основанный на изменении температуры замерзания растворителя (бензола или нафталина) при добавлении к нему навески нефтепродукта.

Понижение температуры замерзания раствора (после добавления нефтепродукта) пропорционально его моляльной концентрации:

▲T=K*C_m, (1)

где К- криоскопическая постоянная растворителя (бензола) К=5,12

C_m –моляльная концентрация или моляльность раствора это

число молей вещества

кг растворителя и может быть записано следующим образом:

 

C_m = m * 1000, (2)

M G

где m- навеска нефтепродукта,

М - его молекулярная масса,

G – навеска растворителя в г. (бензола).

 

Подставляя выражение (2) в уравнение (1) получаем:

 

▲T= K* m * 1000, (3)

М G

 

Отсюда можно определить выражение для расчета молекулярной массы нефтепродукта:

М= К*m*1000 = 5,12*m*1000, (4)

G*▲T ▲T* G

 

Помимо экспериментальных существуют расчетные методы определения молекулярной массы.

 

Формула Б.П. Воинова

М=G₀ +0,3t+0,001t² ,

где t-средняя температура кипения фракция, ^ºC

Формула Баш НИИ НП

М=(160-5К)-0,075t+0,000156К t² , з-0

где К- фактор парафинистости.

 

Формула Р. Херша

lg M=1,939_д436+0,0019764t+ lg(2,1500-n_д²⁰ ),

где n_д²⁰ – коэффициент лучепреломления.

 

Молекулярную массу смеси можно вычислить по формуле:

 

М_см = (m₁ + m₂ +…m_n)

m₁ / М₁ + m₂ / М₂ + m_n

M_n

где m₁m₂ … m_n –масса компонентов, кг

М₁ , М₂ … М₃ –мольная масса тех же компонентов

 

По этой формуле обычно вычисляют мольную массу нефти, если известны мольные массы полученных из неё дистиллятов.

Рис.2.1.1 Прибор для определения молекулярной массы

1. Термометр Бекмана.

2. Пробирка с проволочной мешалкой.

3. Пробирка-муфта.

4. Баня с охлаждающей смесью (вода + лед).

5. Мешалки проволочные.

6. Бензол.

 

ΙΙ Приборы и реактивы

 

1.Прибор для определения молекулярной массы.

2.Нефтепродукт в капельнице.

3. Бензол.

4. Охлаждающая смесь (вода+лёд).

5. Аналитические весы.

ΙΙΙ Методика определения

Ι этап. Настройка термометра Бекмана

Прибор настраивают на температуру замерзания чистого растворителя-бензола.

Порядок настройки:

1. Соединить ртуть в верхнем и нижнем резервуарах термометра через капилляр.

2. Поместить термометр в баню с температурой на 2,5-3,0^ºC C выше температуры замерзания бензола (5,5^ºC), т.е. температура в бане должна быть ~ 8-8,5^ºC

3. Через несколько минут избыток ртути стряхнуть в верхний резервуар.

Количество ртути в нижнем резервуаре должно быть таким, чтобы при температуре 5,5^ºC конец ртутного столбика в капилляре находился в верхней части шкалы, между 4 и 5^ºC.

 

ΙΙ этап. Проведение анализа.

1. В пробирку (2) помещают термометр Бекмана и проволочную мешалку.

2. В пробирку наливают растворитель-бензол (взвешивают с точностью до 0,01 г.) в таком количестве, чтобы нижний резервуар термометра полностью находился в растворителе и не касался дна пробирки.

3. Пробирку с навеской растворителя помещают в муфту (3) и погружают в охладительную смесь (4) с температурой 2-3 ^º C. При постоянном перемешивании следят за понижением уровня ртути в капилляре. Вначале температура понижается ниже температуры застывания, затем температура начинает подниматься (вследствие выделения теплоты кристаллизации) и остается постоянной. Фиксируют эту температуру. Расплавляют кристаллы и вновь определяют температуру замерзания.

4. Затем в пробирку вводят навеску анализируемого вещества (из капельницы -10-12 капель по разности масс на аналитических весах) в граммах с точностью до 0,0001г.

5. После полного растворения навески нефтепродукта определяют температуру замерзания раствора.

Определение проводится два или три раза до получения воспроизводимых результатов. Молекулярную массу рассчитывают по формуле.

 

ΙV Лабораторный журнал

 

№	Масса, г	Температура замерзания, оС	Понижение температуры замерзания, оС	Молекулярная масса нефтепродукта
n/n	Бензол	Нефте- продукт	Бензол	Раствор нефтепродукта в бензоле	М= 5,12*m* 1000 ▲T* G
	G	m	Т1	Т2	▲T =Т1 – Т2

 

V Расчетная часть

Молекулярная масса нефтепродукта рассчитывается по формуле:

М= К * m *1000,

▲T G

где К- криоскопическая константа бензола, К=5,12;

m – навеска нефтепродукта, г;

G - навеска бензола, г

Т – понижение температуры замерзания бензола после добавления нефтепродукта, ^оС.

 

VI Вывод

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие экспериментальные методы определения молекулярной массы известны?

2. Какие расчётные методы определения молекулярной массы нефтепродуктов применяются?

3. На каком принципе основан криоскопический метод определения молекулярной массы?

4. Какие недостатки имеет криоскопический метод?

5. От каких факторов зависит молекулярная масса фракций?

6. Как изменяется молекулярная масса фракций с повышением температуры кипения?

7. В каких расчётах используется значение молекулярной массы?

 

2.2 Лабораторная работа №2: Ускоренный метод определения содержания серы

Цель работы: Определить содержание серы в нефти методом сожжения.

 

I Теоретическая часть

Сера содержится практически во всех нефтях и нефтепродуктах. Содержание общей серы в нефтях колеблется от сотых долей до 8%. Под «общей серой» понимают серу всех серосодержащих соединений нефти: свободную, сероводородную, тиольную, сульфидную, дисульфидную, тиофеновую и остаточную. Серосодержащие соединения - нежелательные компоненты нефти. Они оказывают отрицательное влияние на процессы подготовки и переработки нефти, ухудшают эксплуатационные свойства нефтепродуктов (увеличивают коррозию и износ оборудования), вызывают отравление окружающей среды. Товарные нефтепродукты строго контролируются на содержание серосодержащих соединений. Поэтому определение содержания серы является обязательным для всех нефтей и нефтепродуктов.

Элементный анализ на серу основан на окислении серосодержащих соединений до SO₂ и SO₃ с последующим поглощением и анализом.

В нефтях к настоящему времени идентифицировано около 250 серосодержащих соединений

II Материалы, приборы, реактивы.

 

1. Печь электрическая трубчатая горизонтальная длиной 130-140 мм внутренним диаметром 20-22 мм, с нихромовой обмоткой, обеспечивающей температуру нагрева 900-1000’С.

2. Термопара типа ТХА (хромель-алюминиевая) или ТПП (платина-платинородиевая).

3. Трубка кварцевая с коленом, длина трубки 470 мм, диаметр 18-20 мм.

4. Склянка для очистки воздуха вместимостью не менее 250 мл - 3 штуки.

5. Колба коническая вместимостью 250 мл.

6.Перманганат калия, 40%-й и 0,02 н. растворы.

7. Пероксид водорода

8. Серная кислота, 0,002 н. раствор

9. Индикатор- смесь 0,2%-го спиртового раствора метилового красного и 0,1-го спиртового раствора метиленового синего в соотношении 1: 1.

10. Вата гигроскопическая.

11. Шамот с частицами размером больше 0,25 мм, прокаленный при 900-950^о С.

Рис. 2.2.1. Прибор для определения серы:

1- склянка с перманганатом калия; 2 - склянка с гидроксидом натрия; 3 - склянка с гигроскопической ватой; 4 - кварцевая трубка; 5 - лодочка; 6 - электропечь; 7 - кварцевое колено; 8 - приемник; 9 - отводная трубка; 10 – кран.

III Методика определения