close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Работа на конкурс последний вариант

код для вставкиСкачать

Областное государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования "Томский промышленно-гуманитарный колледж"
Направление работы - Техническое
Тема работы: Определение группового и структурно-группового составов нефтяных фракций Южно-Чкаловского месторождения
Автор: Екатерина Николаевна Подлесская Специальность: Аналитический контроль качества химических соединений
Курс обучения: четвертый
Руководитель: зав. лабораторией "Химия нефти" ОГ БОУ СПО "Томский промышленно-гуманитарный колледж" Ольга Сергеевна Сухинина, преподаватель ОГ БОУ СПО "Томский промышленно-гуманитарный колледж" Марина Васильевна Урицкая.
Содержание
Введение2
Теоретическая часть3
Практическая часть8
Выводы10
Список используемой литературы10
Введение
Нефти разных месторождений отличаются друг от друга по физическим и химическим свойствам. Основными компонентами нефти являются углеводороды: арены, циклоалканы, алканы. Соотношение между группами углеводородов придает нефти различные свойства и оказывает большое влияние на выбор метода переработки нефти и свойства получаемых продуктов.
Цель работы: исследовать групповой состав узких нефтяных 50 градусных фракций нефти Южно-Чкаловского месторождения с помощью метода анилиновых точек и для фракций выкипающих выше 200 °С структурно-групповой состав методом n-d-M.
Задача исследования: определение типа нефти Южно-Чкаловского месторождения и обозначение наиболее эффективного направления переработки ее указанных фракций.
Объект исследования: фракции нефти Южно-Чкаловского месторождения скважины 16 в диапазоне температур кипения от 62 °С до 350 °С.
Теоретическая часть
При определении группового химического состава устанавливают количественное содержание в нефтяных фракциях аренов, циклоалканов, алканов и алкенов. Он определяется проще, чем индивидуальный состав.
Для определения группового химического состава используют различия в физических и химических свойствах углеводородов, принадлежащих к разным классам. Среди методов определения группового химического состава наиболее широкое распространение получил анилиновый метод, основанный на неодинаковой растворимости углеводородов различных классов в анилине. При смешении нефтяной фракции с анилином при комнатной температуре не происходит полного растворения нефтепродукта в анилине, и обычно образуются два слоя. Если эту смесь нагревать, постоянно перемешивая, то при достижении определенной температуры произойдет полное взаимное растворение анилина и нефтепродукта, слои исчезнут, и жидкость станет однородной. Температуру, соответствующую полному взаимному растворению анилина и нефтепродукта, называют анилиновой точкой или критической температурой растворения (КТР) данного нефтепродукта в анилине. Наиболее низкими анилиновыми точками среди углеводородов характеризуются арены, наиболее высокими - алканы; циклоалканы занимают промежуточное положение. Алкены и циклоалкены имеют несколько более низкие анилиновые точки по сравнению с циклоалканами близкой молекулярной массы. В пределах одного гомологического ряда анилиновые точки, как правило, возрастают с увеличением массы и температуры кипения углеводорода. Такая же закономерность наблюдается и для фракций, выделенных из одной и той же нефти[6].
Определение группового углеводородного состава анилиновым методом включает в себя следующие операции:
1. Потенциальное содержание фракций и остатка в нефти определялось путем ректификации в аппарате АРН-2 по ГОСТ 11011-85 с отбором 50-градусных дистиллятов, выкипающих до температуры 350 оС, с последующим расчетом материального баланса разгонки с учетом растворенного газа, остатка выше 350 оС и потерь, затем каждую фракцию анализируют отдельно.
2. Определение максимальной анилиновой точки в исходной фракции или истинной критической температурой растворения в анилине. Ее получают после нескольких определений температуры растворения фракции в возрастающих количествах анилина. При увеличении количества анилина температура полного растворения сначала повышается и при некотором соотношении фракции и анилина достигает максимума, после чего при дальнейшем увеличении количества анилина начинает падать. Максимальную температуру полного растворения принимают за максимальную анилиновую точку (истинную КТР в анилине).
3. Удаление аренов адсорбцией на силикагеле.
В основу процесса положена различная сорбируемость компонентов смеси, которая зависит от их химического состава и строения. Хроматографическое разделение проводят, пропуская исследуемую нефтяную фракцию через колонку, заполненную адсорбентом (силикагелем). Арены обладают большей адсорбционной способностью по сравнению с алканами и циклоалканами. Это свойство ароматических углеводородов и положено в основу адсорбционного метода их выделения. Адсорбированные продукты десорбируют при помощи жидкостей, обладающих большей поверхностной активностью, чем адсорбированное вещество.
4. Определение анилиновой точки методом равных объемов.
Метод равных объемов заключается в том, что берут равные объемы анилина и исследуемой фракции и определяют температуру их полного смешения[7]. Рис. Прибор для определения анилиновой точки: 1 - термометр; 2 - пробирка; 3 - муфта;
4 - водяная баня; 5 - мешалка; 6 - смесь анилина с исследуемой фракцией
5. Расчет содержания аренов, циклоалканов, алканов.
Массовую долю аренов А, %, рассчитывают по формуле:
где - депрессия анилиновой точки, зависящая от содержания аренов;
К - анилиновый коэффициент, соответствующий содержанию аренов, вызывающему понижение анилиновой точки деароматизированной фракции на 1 °С.
Значение коэффициента К зависит от природы аренов, присутствующих в узкой фракции, и их количества. Оно определено экспериментально в ГрозНИИ для разных фракций в зависимости от концентрации аренов [4].
Массовую долю в %, циклоалканов Н1, , в деароматизированной фракции находят по формуле:
гдеН1 - содержание циклоалканов в деароматизированной фракции, %.
Пересчет содержания циклоалкановых углеводородов, % на исходную фракцию производят по формуле:
где А - содержание ароматических углеводородов во фракции, %;
Н1 - содержания циклоалкановых углеводородов в деароматизированной фракции, %.
Массовую долю алканов П в % определяют по формуле:
гдеА - массовая доля аренов, %;
Н - массовая доля циклоалканов, %.
Определение структурно-группового состава фракций методом n-d-М.
Во фракциях с температурой кипения выше 150 °С циклические углеводороды (арены и циклоалканы) уже нельзя отнести только к одной какой-либо одной группе, так как большая часть их обладает смешанным (гибридным) характером. Чисто циклоалкановые или ареновые молекулы встречаются крайне редко; обычно циклические углеводороды содержат боковые алкановые цепи, а часто одновременно циклоалкановые и ареновые кольца. Сложность и многообразие гибридных структур быстро увеличивается с ростом молекулярной массы нефтяных фракций. Разнообразие гибридных форм обусловливается, с одной стороны, числом, характером и положением алкильных заместителей, а с другой - формой отдельных колец, соотношением различных форм этих колец, их положением в молекуле и наличием конденсированных структур. Гибридные структуры УВ, как правило, составляют большую часть высокомолекулярных фракций нефти, что затрудняет их изучение[7].
Структурно-групповой анализ был обоснован и предложен в 1932 году Ватерманом, Флюгтером и Ван-Вестеном. Они разработали так называемый прямой метод структурно-группового анализа, который явился основой для всех последующих модификаций этого метода. Сущность прямого метода заключалась в том, что соотношение структурных элементов "средней молекулы" исследуемой фракции находили по результатам определения молекулярной массы и элементного состава этой фракции до и после гидрирования ареновых колец.
Сложность метода состоит в том, что необходимо проводить исчерпывающее гидрирование ареновых колец, не сопровождающееся крекингом и другими побочными превращениями, и очень точно определять элементный состав до и после гидрирования. Обе эти операции сложны и трудоемки. В 1947 году Тадема предложил наиболее простой и быстрый вариант структурно-группового анализа - метод n-d-М, который до настоящего времени находит широкое использование при исследовании средних и тяжелых фракций нефти. Идея состоит в том, что смесь углеводородов, составляющих исследуемую фракцию, представляют в виде одной "средней (среднестатистической) молекулы", свойства которой определяются соотношением ареновых и циклоалкановых фрагментов и алкановых цепей. Таким образом, на основании структурно-группового анализа можно судить лишь об относительном содержании отдельных структурных элементов, но не о количестве каждой группы углеводородов в исследуемой фракции. Результаты структурно-группового анализа можно выразить разными способами: определить число колец (общее, ареновых и циклоалкановых) в "средней молекуле" отвечающей средней молекулярной массе исследуемого образца. Вычислить распределение атомов углерода по различным структурным элементам "средней молекулы" [4].
Содержание колец и распределение углерода по отдельным структурным фрагментам "средней молекулы" вычисляют, используя формулы или номограммы на основании экспериментально определенных значений физических величин: показателя преломления, плотности и молекулярной массы исследуемого образца. Установлено существование линейной зависимости между указанными физическими величинами и составом фракций[5].
Для расчета структурно-группового состава фракций по методу n-d-М необходимо экспериментально определить следующие физические константы:
1. Показатель преломления с точностью до ± 0,0001 в работе определялся на рефрактометре ИРФ-22 при 20 °С.
2. Плотность с точностью ± 0,0002 определялась пикнометрическим методом при 20 °С, основанном на определении относительной плотности - отношение массы испытуемого продукта к массе воды, взятой в том же объеме и при той же температуре.
3. Молекулярную массу с погрешностью ± 3 % находили по таблицам, для чего определяли вязкость при 20 °С, 50 °С, 100 °С. Сущность метода определения вязкости заключается в измерении калиброванным стеклянным вискозиметром времени истечения, в секундах определенного объема испытуемой жидкости под влиянием силы тяжести при постоянной температуре. Кинематическая вязкость является произведением измеренного времени истечения на постоянную вискозиметра.
4. Содержание серы в % масс. в исследуемом продукте определяли методом энергодисперсионной рентгенофлуоресцентной спектрометрии.
Сущность метода состоит в том, что испытуемый образец помещают в пучок лучей, испускаемых источником рентгеновского излучения. Измеряют характеристики энергии возбуждения от рентгеновского излучения и сравнивают полученный сигнал счетчика импульсов с сигналами счетчика, полученными при испытании заранее подготовленных калибровочных образцов[7].
Для "предельного" алкана приняты следующие физические константы: Распределение углерода и содержание колец вычисляют по приведенным ниже формулам.
Для упрощения расчета сначала вычисляют значения факторов V, W, X, Y, а затем в зависимости от их значения применяют ту или иную формулу для расчета распределения углерода по структурам и содержанию колец.
Для жидких продуктов:
Далее массовую долю углерода в ареновых кольцах Сар, %, вычисляют по формулам:
при
Содержание углерода в кольчатых структурах Ск в % вычисляют по формулам:
при
при
гдеS - массовая доля серы в исследуемой фракции, %.
Массовую долю углерода в циклоалкановых структурах Сн в % находят по разности:
Массовую долю углерода в алкильных заместителях Сар в % находят по разности:
Содержание колец в "средней молекуле" фракции рассчитывают по формулам.
Число ареновых колец при
Общее число колец Ко:
при
Число циклоалкановых колец Кн:
Для твердых или высоковязких продуктов:
Содержание углерода в ареновых кольцах:
при
Содержание углерода в кольчатых структурах:
при
Содержание углерода в циклоалкановых структурах:
Содержание углерода в алкильных заместителях:
Число ареновых колец:
при
Практическая часть
Таблица 1
Результаты группового углеводородного состава фракций нефти Южно-Чкаловского месторождения скважины 16, выкипающих до 350 оС.
Температура выкипания фракции, °СВыход на нефть, % масс.Плотность при 20 °С, г/см3Коэффициент преломления Содержание углеводородов, % масс.ареновциклоалкановалкановн.к.- 621,430,67621,3652следы79362-1003,540,72781,404453758100-1202,500,74501,414573657120-1506,380,76581,4271113653150-2007,910,79701,4424193249н.к.-20021,760,74641,4158113554200-2508,300,82631,4595253936250-3009,560,84381,4700272944300-35010,980,86061,4795311752200 -35028,840,84951,4748282844Н.к.-35050,590,80791,4504183250 По результатам представленным в табл. 1, видно, светлый дистиллят (н.к.- 350 оС) содержит 50 % алканов, 32 % циклоалканов и 18 % аренов. Во всех узких фракциях также преобладают алкановые структуры. Поэтому по групповому углеводородному составу нефть Южно-Чкаловского месторождения относится к парафино-нафтеновому типу. Содержание алканов с повышением температуры отбора от н.к. до 200 оС уменьшается с 93 до 49 % .
Содержание аренов колеблется от следов до 19 %, закономерно увеличиваясь с повышением температуры кипения фракций. Легкие дистилляты характеризуются присутствием значительного количества циклоалкановых углеводородов (32-37%) Широкая бензиновая фракция н.к.-200 оС содержит 11 % ареновых, 45 % циклоалкановых, 54 % алкановых углеводородов. Высокое содержание алкановых и невысокое содержание ареновых углеводородов указывает на то, данные фракции обладают низкими октановыми числами и характеризуются невысокой антидетонационной стойкостью, поэтому могут служить лишь компонентами современных карбюраторных топлив. Высокое количество циклоалкановых углеводородов 35 % позволяет предположить, что эти бензины будут хорошим сырьем для процесса каталитического риформинга с целью получения высокооктановых бензинов и индивидуальных ареновых углеводородов.
В керосиново-дизельных фракциях с повышением температуры кипения количество ареновых углеводородов увеличивается. В отличие от бензиновых керосиново-дизельные фракции характеризуются пониженным содержанием циклоалкановых углеводородов, но сохраняют повышенные показатели относительно алкановых углеводородов.
Структурно-групповой состав дает дополнительную информацию об особенностях химической структуры отдельных групп углеводородов. Результаты расчетов приведенные в таблице 2. показывают, что количество углерода, связанного с аренами в "усредненных молекулах" невелико и составляет 6,7 % в дистилляте 200-250 оС, увеличиваясь до 16,8 % по мере перехода к более тяжелым фракциям.
Таблица 2
Структурно-групповой состав 50-градусных фракций нефти Южно-Чкаловского месторождения скважины 16 по методу n-d-M.
Температура отбора фракции, °С, г/см3МРаспределение углерода, %Среднее число колец в молекулеСАРСНСколСпКАРКНКО200-2501,45950,8263171,611,85139,2490,251,10,85250-3001,47000,8438201,514,650,335,749,80,351,270,92300-3501,47950,8606244,515,644,528,955,50,461,51,04 Результаты расчетов дают информацию об особенностях химического строения отдельных групп углеводородов, входящих в состав керосино-газойлевых фракций нефти, они показывают, что большая часть углерода в "усредненных молекулах" фракций приходится на алкановые структуры (Сп составляет 49,0-55,5 %). Среднее число ароматических колец (КА) в молекуле невелико (КА = 0,25-0,46) и заметно увеличивается при переходе к высококипящим фракциям.
Общая цикличность (сумма КА+КН) - КО составляет 0,85-1,04.
Невысокая степень ароматичности средних фракций (КА находится в пределах от 0,25 до 0,46) и преобладание в их составе парафиновых структур позволяет оценить исследованные дистилляты как благоприятное сырье для получения дизельных топлив.
Выводы
По углеводородному составу данная нефть относится к нафтено-парафиновому типу. По товарным качествам эта нефть является ценным сырьем для нефтепереработки и нефтехимии. Из нее могут быть получены:
- компоненты автомобильных бензинов; - топливо для реактивных двигателей; - керосин осветительный; - топливо дизельное зимнее; - топливо дизельное летнее; Список использованной литературы
1. Государственные стандарты. Нефтепродукты. Методы испытания. Ч.1и2. М.: Изд. Стандарт, 1997. - 416 с.
2. ГОСТ 33 - 2000. Нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической вязкости и расчет динамической вязкости. Изд-во стандартов, 2000. - 19 с.
3. ГОСТ Р 51947-2002. Нефть и нефтепродукты. Определение серы методом энергодисперсионной рентгенофлуоресцентной спектрометрии. М.: Издательство стандартов, 2002. - 9 с. 4. Химия нефти. Руководство к лабораторным занятиям./ И.Н. Дияров, И.Ю. Батуева, А.Н. Садыков, Н.Л. Солодова. - , 1990. - 240 с. 5. Химия нефти и газа: Учебное пособие для вузов/ под ред. В.П. Проскурякова, А. Е. Дранкина. - Л.: Химия, 1989. - 424 с.
6. Современные методы исследования нефтей. Справочно-методическое пособие/ под ред.А.И. Богомолова, М.Б. Темянко, Л. И. Хотынцевой. - Л: Недра, 1984. - 430 с.
7. Определение группового и структурно - группового составов нефтяных фракций: методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу "химическая технология топлива и углеродных материалов. / О.С. Сухинина, А.И. Левашова - ГОУ ВПО "Национальный исследовательский Томский политехнический университет", 2011- 30 с.
2
Автор
profobrazovanie
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
291
Размер файла
799 Кб
Теги
конкурс, последний, вариант, работа
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа