МДК 02.03 Аналитический контроль и управление качеством продукции

Тема 2 Анализ газов

Лекция 2

Тема: Общие сведения о свойствах газов. Отбор пробы газа

План:

1. Общие сведения о свойствах газов

2. Методы анализа газов

3. Отбор пробы газа

Общие сведения о свойствах газов

В природе в нормальных условиях (при комнатной температуре и атмосферном давлении) сравнительно немногие химические вещества находятся в газообразном состоянии. К газообразным простым веществам принадлежат: водород, кислород, азот, фтор, хлор и газы из элементов VIII группы таблицы Д.И. Менделеева.

Остальные газообразные вещества состоят из двух и более элементов (окись углерода, двуокись углерода, фосген, метилхлорид и др.). Водород образует газообразные вещества со многими элементами. Почти со всеми неметаллами водород дает газообразные соединения, большинство из которых обладает неприятным запахом (аммиак, сероводород, фтористый водород, хлористый водород и др.). Некоторые из этих соединений (арсин) легко распадаются с выделением водорода. Другие, более устойчивые распадаются при нагревании (метан). Встречаются гидриды неметаллов, которые легко растворяются в воде и дают кислую (сероводород, хлористый водород, фтористый водород), или щелочную (аммиак) реакцию. Многие из них обладают восстановительной способностью (сероводород). Некоторые гидриды легко окисляются, загораясь на воздухе.

С такими элементами, как углерод и бор, водород дает несколько газообразных соединений (углеводороды и бораны). Наибольшее значение имеют углеводороды состава C_nH_2n+2, C_nH_2n , C_nH_2n-2. В молекулах углеводородов общей формулы C_nH_2n имеется постоянное соотношение между числом атомов водорода и углерода, тогда как по мере увеличения числа углеродных атомов в молекуле предельных углеводородов относительное содержание водорода уменьшается.

Все углеводородные газы горят на воздухе, образуя пламя различной яркости. Метан, в котором 25% водорода, горит на воздухе светящимся пламенем, а ацетилен, содержащий 7,9% водорода, горит коптящим пламенем. Копоть вызывается избыточным количеством углерода в молекуле, а чтобы ее избежать, следует пользоваться особыми горелками, в которых сгорание осуществляется при избытке воздуха.

Природные и попутные нефтяные газы, так же как и газы, получающиеся в различных процессах переработки нефтяного сырья, представляют собой смеси углеводородов. Их состав зависит от происхождения. Основным компонентом сухих природных газов является метан. В состав попутных нефтяных газов, помимо метана, входят и другие предельные углеводороды С₂ - С₅, а также небольшие количества азота, инертных газов, диоксида углерода и, в случае сернистых нефтей, сероводорода.

Нефтезаводские газы образуются при термических и каталитических процессах переработки продуктов перегонки нефти. Из них наиболее часто встречаются газы каталитического крекинга, пиролиза, риформинга и коксования тяжелых нефтепродуктов. Эти газы отличаются сравнительно высоким содержанием непредельных углеводородов: этилена, пропилена и бутенов, - суммарное содержание которых достигает в отдельных случаях 40%. Искусственные газы, получаемые в результате термической переработки углей и сланцев, содержат водород, метан, оксид углерода, непредельные углеводороды (от этилена до бутенов), а также диоксид углерода, кислород и азот. Эти газы, различные по калорийности, используются в качестве топлива.

Газы безостаточной газификации (генераторный, водяной и др.) состоят из оксида углерода, водорода, азота и ряда примесей. В перечисленных природных и искусственных газовых смесях азот, водород, кислород, оксид углерода, воздух и углеводородные газы плохо растворяются в воде. Их растворимость при давлении 760мм.рт.ст. и температуре 20⁰С в 1 литре воды не превышает, как правило, 1 литра и несколько больше при 0⁰С.

Неуглеводородные газы: диоксид углерода, диоксид серы, сероводород и аммиак – обладают значительной растворимостью в воде; это их свойство необходимо учитывать при анализе газовых смесей, в состав которых входят перечисленные компоненты.

Методы анализа газов

Методы анализа газов разнообразны и основаны на химических и физических свойствах газов.

Термохимический метод газового анализа основан на измерении теплового эффекта химической реакции, вискозиметрический – на измерении вязкости газов, денсиметрический – на измерении плотности газов, сорбционный – на определении адсорбции или десорбции анализируемого компонента газовой смеси.

Для определения плотности применяются несколько методов:

- подсчет плотности газа по его составу;

- непосредственное взвешивание определенного объема газа и такого же объема воздуха при атмосферном давлении и комнатной температуре в газовых пикнометрах;

- эффузиометром, где измеряется время истечения в атмосферу через отверстие малого диаметра равных объемов газа и воздуха, находящихся при одинаковом давлении.

Для количественного анализа газовых смесей наиболее часто применяют газообъемный (волюмометрический) метод, основанный на измерении сокращения объема пробы газа при поглощении отдельных составных частей жидкими и твердыми поглотителями.

Волюмометрические методы газового анализа применимы при сравнительно высоких концентрациях газов в смеси. Для определения малых концентраций увеличенный объем исследуемой пробы газа пропускают через соответствующий поглотительный раствор и в зависимости от протекающей реакции определяют избыток реактива. Интенсивность окрашивания и др. Титрованием избытка поглотительного раствора можно также определить весьма малые концентрации.

На этом принципе разработаны приборы – титрометрические газоанализаторы.

Для анализа многокомпонентных газовых смесей, не поддающихся химическому разделению, например смесей углеводородов или инертных газов, применяют конденсационные, а также сорбционные методы. Конденсационные методы основаны на конденсации анализируемой газовой смеси при низких температурах, например, при температуре жидкого воздуха; смесь затем подвергают разгонке.

Широкое распространение получил метод хроматографического анализа, основанный на адсорбции веществ каким-либо сорбентом (смеси углеводородов, инертных газов и др.) и их последующей фракционированной десорбции. В процессе десорбции вытесняются более легкие, а затем более тяжелые компоненты, концентрация которых может быть определена, например, по теплопроводности.

Весьма точные результаты дает интерферометрический метод анализа газов, основанный на различии коэффициентов преломления газов.

Отбор пробы газа

Для отбора пробы газа из производственных аппаратов и трубопроводов применяются стеклянные аспираторы, газовые пипетки, газометры с гидравлическим затвором, сухие газометры. Сосуды шарообразной формы и реже резиновые баллоны. Выбор емкости зависит от количества и состава газа и от давления в системе.

Из емкостей и газопроводов пробу газа отбирают в большинстве случаев в аспираторы и газовые пипетки.

Аспиратор – это прибор, состоящий из двух склянок с боковыми тубусами. Тубусы соединены между собой резиновым шлангом, на середине которого имеется винтовой зажим. Одна из склянок снабжена стеклянным краном и служит для забора газа, другая является напорной уравнительной склянкой. Так как многие газы растворимы в воде, то в качестве напорной жидкости применяют насыщенный раствор поваренной соли, подкисленный соляной кислотой, или 10%-ный раствор серной кислоты, который подкрашивают метиловым оранжевым.

В зависимости от вместимости бутыли в аспиратор можно набрать до 15 литров газа. В газовые пипетки набирают 100 – 500мл газа.

Газовые смеси, содержащие легкорастворимые в воде компоненты, отбирают в сухие газометры. Сухой газометр представляет собой двухгорловую или одногорловую склянку с двумя отводами и кранами. Перед применением сухой газометр проверяют на герметичность.

Для отбора больших количеств газа применяют бутыли из толстостенного стекла. Эти бутыли снабжены резиновой пробкой с тремя отверстиями: через одно из них на тройнике к газометру присоединен манометр, в другое вставляется термометр, а третье служит для забора и выпуска газа.

Иногда для переноса и отбора проб используют резиновые баллоны: камеры футбольного меча, шары-зонды, прорезиненные подушки и т.д. Перед отбором пробы резиновые баллоны продувают исследуемым газом не менее 4 – 5 раз. Баллон с отобранным газом закрывается специальным краном или зажимом. Резиновые баллоны имеют ограниченное применение из-за газопроницаемости резины и способности ее к химическому взаимодействию с некоторыми газами.

Контрольные вопросы:

1. Какие вы знаете свойства газов?

2. Перечислите методы анализа газов.

3. На чем основан термохимический метод газового анализа?

4. На чем основан вискозиметрический метод газового анализа?

5. На чем основании денсиметрический метод газового анализа?

6. Какими способами можно определить плотность газов?

7. На чем основан сорбционный метод газового анализа?

8. На чем основан волюмометрический метод газового анализа?

9. На чем основах хроматографический метод газового анализа?

10. Какие приборы применяют для отбора газов?

Лабораторная работа 1

Тема: Определение состава сухого газа на хроматографе, расшифровка хроматограммы

Цель: Познакомиться с методом хроматографического анализа газовых смесей, научиться расшифровывать хроматограммы

Теоретические основы

Физико-химическая сущность любого хроматографического метода анализа газовых смесей состоит в селективной сорбции отдельных компонентов смеси твердыми или жидкими поглотителями с последующей их раздельной десорбцией при помощи инертного к данному сорбенту газа-носителя.

Анализ проводится в трубках (колонках), наполненных сорбентом. Анализируемый газ вводится в колонку через дозаторы в потоке газа-носителя. Так как газ-носитель инертен к веществу сорбента, то он не задерживаясь, выходит из колонки. А компоненты исследуемой газовой смеси, обладая различным сродством к сорбенту, распределяются по длине колонки на отдельные зоны в порядке уменьшения своих сорбционных свойств.

Существует несколько разновидностей хроматографического анализа: газовая (подвижная фаза газ) и жидкостная (подвижная фаза жидкость). Газовая хроматография в свою очередь разделяется на газоадсорбционную и газожидкостную.

В газоадсорбционной хроматографии подвижной фазой является инертный газ (гелий, азот, водород, аргон, углекислый газ), а неподвижной – твердое пористое вещество (активный уголь, силикагель, активный оксид алюминия, цеолиты). Газоадсорбционная хроматография основана на различной склонности компонентов газовой смеси к адсорбции на данном адсорбенте.

На практике наибольшее применение находит газожидкостная хроматография. В газожидкостной хроматографии неподвижной фазой служит нелетучая жидкость, распределенная по поверхности твердого носителя в виде жидкой пленки. Этот вид хроматографии основан на различной растворимости компонентов газовой смеси в жидкой неподвижной фазе. Газ-носитель в первую очередь будет захватывать вещества с наименьшей растворимостью в жидком сорбенте.

Определение состава сухого газа проводится на хроматографе.

Рисунок 1 Общая схема хроматографа

1-источник подвижной фазы; 2-дозатор; 3-колонка; 4-детектор; 5-потенциометр; 6-термостат; 7-терморегулятор

Из источника подвижной фазы 1 очищенный от примесей газ-носитель через дроссель поступает в хроматографическую колонку 3. В дозирующее устройство 2 в газообразном или жидком состоянии вводится анализируемая смесь. Она подхватывается газом-носителем и также поступает в хроматографическую колонку. Разделенные компоненты анализируемой смеси вместе с газом-носителем выходят из колонки через детектор 4.

Детектор – прибор, с помощью которого в газе-носителе обнаруживаются компоненты разделяемой смеси. Фиксируемые детектором те или иные физические параметры газа на выходе из колонки преобразуются в нем в электрические сигналы, которые регистрируются самопишущим потенциометром 5. На диаграммной бумаге потенциометра вычерчивается кривая, состоящая из чередующихся пиков. Эта кривая называется хроматограммой.

Для поддержания заданной постоянной температуры во время проведения анализа колонка, дозирующее устройство и детектор помещены в термостат 6, который обогревается электрической спиралью от терморегулятора 7.

Порядок выполнения работы

Типовая хроматограмма (рисунок 2) состоит из серии пиков. По форме пик напоминает треугольник, одна из сторон которого соответствует концентрации компонента, возрастающей до максимума (вершина треугольника), а другая – убывающей до минимума.

Рисунок 2 Типовая хроматограмма

Отсчет ведется от базовой (нулевой) прямой линии 1. Эта линия вычерчивается при выходе из колонки чистого газа-носителя. Пик 2 характеризует выход азота, а пик 3 – выход кислорода. Для нахождения количественного состава анализируемой смеси газов используют зависимость между содержанием данного компонента в смеси и геометрическими размерами соответствующего ему пика на хроматограмме. Чаще всего количественную оценку хроматограммы производят по площади пиков.

Для этого от нулевой линии 1 до максимумов пиков 2 и 3 измеряются высоты h₁ и h₂ (в мм). На половине высот пиков проводят линии, параллельные базовой, и измеряют длины отрезков, ограниченных сторонами пиков 2 и 3. Измеренные отрезки будут являться шириной пиков 2 и 3. Обозначим ширину пика 2 - а₁, а ширину пика 3 - а₂.

Кроме того, при подсчете содержания компонентов в анализируемой смеси необходимо еще вводить специальные коэффициенты, учитывающие чувствительность детекторов к отдельным компонентам газовой смеси.

k₁ для азота – 2,03; k₂ для кислорода – 2,14.

Определяем площади пиков для азота и кислорода, а также общую площадь, мм²

Определяем содержание азота и кислорода в анализируемой смеси, %

Сделать вывод о составе анализируемой смеси.

Контрольные вопросы:

1. В чем заключается физико-химическая сущность любого хроматографического метода?

2. Какие вы знаете разновидности хроматографического анализа?

3. На чем основана газоадсорбционная хроматография?

4. На чем основана газожидкостная хроматография?

5. Принцип действия хроматографа.

6. Методика расчета хроматограмм по площади пиков.

Лабораторная работа 2

Тема: Определение плотности газа методом взвешивания

Цель: Определить плотность газа методом взвешивания

Приборы: газовый пикнометр; вакуум-насос; аналитические весы.

Теоретические основы

Плотность – масса единицы объема газа, выражаемая в кг/м³ (кг/л, г/мл). Знание плотности газа необходимо при эксплуатации газовых месторождений, при контроле работы отдельных газовых установок, где требуется определить массу или объем газа, при различных технических расчетах, а также для подсчета состава двух- или многокомпонентного газа. Наряду с этим для характеристики газа иногда еще пользуются понятием относительной плотности газа по воздуху, которая представляет собой отношение массы газа к массе такого же объема воздуха при одинаковых условиях. Относительная плотность - величина безразмерная, показывающая, насколько газ легче или тяжелее воздуха, масса которого принята за единицу.

По относительной плотности газа легко подсчитать массу1л газа в граммах, умножая значение относительной плотности на 1,293, т.е. на плотность сухого воздуха в кг/м³ или г/л при 0⁰С и 760мм.рт.ст.

Определение плотности газа ведется в газовом пикнометре, который представляет собой круглодонную колбу из довольно толстого стекла вместимостью не менее 150мл с одним или двумя капиллярными кранами.

Метод заключается в непосредственном взвешивании определенного объема газа и воздуха при атмосферном давлении и комнатной температуре.

Порядок выполнения работы

Сухой пикнометр с одним краном помещают в мешочек из ткани и присоединяют открытым краном к вакуум-насосу. В течение 10 мин откачивают из пикнометра воздух (или газ), следя за показаниями вакуумметра. Разница в высоте ртути в обоих коленах вакуумметра не должна быть более 1мм. Закрывают кран, отсоединяют пикнометр от вакуум-насоса и взвешивают его на аналитических весах. Затем открывают кран для наполнения пикнометра воздухом и взвешивают его на аналитических весах. Затем открывают кран для наполнения пикнометра воздухом и взвешивают его с воздухом. Снова в течение 10 мин откачивают воздух из пикнометра и взвешивают его. Пикнометр считается герметичным, если в обоих случаях его вес без воздуха окажется одинаковым. В противном случае следует промыть и вновь смазать кран пикнометра и повторить откачку и взвешивание. Эвакуированный пикнометр присоединяют к пипетке или аспиратору с газом, предварительно открыв на них кран. Медленно открывают кран пикнометра и перепускают в него газ с помощью уравнительной склянки до тех пор, пока уровень жидкости в пипетке и уравнительной склянке не станет одинаковым.

Плотность подсчитывается по формуле

где – плотность газа, г/л (кг/м³);

– масса пикнометра с газом, определенная путем взвешивания, г;

– масса пикнометра с воздухом, определенная путем взвешивания, г;

G – масса эвакуированного пикнометра, определенная путем взвешивания, г.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение плотности.

2. Для чего необходимо знание плотности газа?

3. В чем заключается сущность метода определения плотности газа методом взвешивания?

4. Какой прибор используется для определения плотности газа?

Тема 3 Анализ нефти

Лекция 3

Тема: Основные показатели, характеризующие состав и свойства нефти

План:

1. Минимальная программа исследования состава и свойств нефти

2. Расширенная программа исследования состава и свойств нефти

Минимальная программа исследования состава и свойств нефти

Нефти России весьма разнообразны по фракционному и химическому составу. Это необходимо учитывать при выборе схемы переработки сырой нефти того или иного месторождения на товарные продукты. Кроме того, с каждым годом растет добыча нефти на новых площадях и в новых нефтяных районах. Поэтому важной задачей является всестороннее исследование состава и свойств нефтей и продуктов их прямой перегонки. В зависимости от места и цели такого исследования оно может проводиться в разных масштабах и по разным программам (схемам).

Минимальная программа исследования включает лабораторную атмосферно-вакуумную перегонку на 10-градусные фракции до 300⁰С и 50-градусные после 300⁰С. Разгонку ведут на аппарате АРН-2, на котором достигается четкое разделение фракций и большая глубина их отбора. В программу исследования входит также физико-химическая характеристика нефти по следующим показателям: содержание минеральных примесей, температура вспышки, температура застывания, плотность. вязкость при различных температурах, молекулярная масса, содержание серы и сернистых соединений, содержание парафина, содержание смолисто-асфальтеновых веществ, кислотность, элементарный состав.

Расширенная программа исследования состава и свойств нефти

При необходимости получения детальных сведений о данной нефти ее исследование может быть расширено. В этом случае, помимо оценки физико-

химических характеристик нефти следует проводить:

- выделение растворенного в нефти газа и его полный анализ;

- установление группового углеводородного состава нефти;

- построение кривых разгонок с целью установления истинного содержания различных фракций;

- выделения путем атмосферно-вакуумной перегонки товарных продуктов (бензина, керосина, дизельного топлива, дистиллятных и остаточных масел) и их оценку по главнейшим специфичным для них показателям;

- выделение и характеристику широких фракций для вторичной переработки остатков различной глубины отбора (мазутов, битумов).

Контрольные вопросы:

1. Для чего проводят исследование нефтей?

2. Что включает минимальная программа исследования нефтей?

3. На каком приборе определяют фракционный состав нефтей?

4. Перечислите основные физико-химические характеристики нефтей.

5. Что включают для расширенного исследования нефтей?

Лабораторная работа 3

Тема: Определение содержания воды в нефти

Цель: Определить массовую долю воды в нефти

Приборы и реактивы: нефть, бензин-растворитель БР-1

Рисунок 3 Прибор для определения содержания воды

1 – колба; 2 – приемник-ловушка; 3 − холодильник

Теоретические основы

Наличие воды в нефти, поступающей на переработку, вредно сказывается на работе нефтеперерабатывающего завода. При большом содержании воды повышается давление в аппаратуре установок перегонки нефти, снижается их производительность, расходуется излишняя теплота на подогрев и испарение воды. Поэтому перед подачей нефти на переработку ее необходимо отделить от воды.

Содержание воды в нефти определяется методом азеотропной перегонки, которая заключается в отгоне воды и растворителя от нефти с последующим их разделением в градуированном приемнике на два слоя.

Порядок выполнения работы

Пробу нефти перемешивают в течение 5 минут. В сухую и чистую колбу 1 отвешивают с точностью до 0,1г около 100г испытуемой нефти,

приливают 100мл растворителя и перемешивают. Для равномерного кипения в колбу помещают несколько кусочков пемзы или стеклянных капилляров.

Когда прибор собран и укреплен на штативе, пускают воду в холодильник и начинают осторожно нагревать колбу на электроплитке закрытого типа. Нагрев регулируют так, чтобы в приемник-ловушку из холодильника стекали 2 – 4 капли конденсата в 1с. Нельзя пропускать воду через холодильник с большой скоростью, так как при этом внутри трубки холодильника может конденсироваться влага из воздуха. Через некоторое время пробирка-ловушка наполнится жидкостью, и ее избыток будет стекать обратно в колбу. Если в испытуемой нефти имеется вода, то она, испаряясь из колбы и конденсируясь в холодильнике, вместе с растворителем также попадает в ловушку, где вследствие разности удельных весов будет отстаиваться в нижнем слое. При соблюдении стандартной скорости перегонки попадание воды из ловушки обратно в колбу исключено. Когда количество воды в ловушке перестанет увеличиваться и верхний слой растворителя станет прозрачным, перегонку прекращают. Если отгоняется небольшое количество воды, растворитель иногда долго не становится прозрачным. В этом случае приемник-ловушку помещают на 20 мин в горячую воду до осветления растворителя. Приставшие к стеклу ловушки капли воды сгоняют вниз при помощи тонкой стеклянной палочки. После этого измеряют объем отогнанной воды. Если обводненность нефти была более 10%, то вся вода от 100г пробы не поместится в приемнике-ловушке. В этом случае навеску исходных веществ уменьшают до 50, 25 или даже до 10г.

Массовую долю воды Х (%) вычисляют по формуле

где V – объем воды в ловушке, мл;

G – навеска испытуемого вещества, г.

Контрольные вопросы:

1. Что относится к минеральным примесям в нефти?

2. Как сказывается присутствие воды на переработку нефти и эксплуатационные свойства нефтепродуктов?

3. Каким методом определяют содержание воды в нефти?

4. В чем заключается сущность метода азеотропной перегонки?

Лабораторная работа 4

Тема: Определение содержания солей в нефти

Цель: Определить содержание солей в нефти

Реактивы: толуол; 0,2н раствор азотной кислоты; 0,01н раствор нитрата ртути;

1%-ный спиртовый раствор дифенилкарбазида.

Теоретические основы

Наличие в нефти, поступающей на переработку, солей вредно сказывается на работе нефтеперерабатывающего завода. Соли (преимущественно хлориды) откладываются в трубах теплообменников и печей, что приводит к необходимости частой очистки труб, снижает коэффициент теплопередачи. Хлориды кальция и магния гидролизуются с образованием соляной кислоты, под действием которой происходит разрушение (коррозия) металла аппаратуры технологических установок. Кроме того соли ухудшают качество получаемых нефтепродуктов. Поэтому перед подачей нефти на переработку ее отделяют от солей.

Метод определения содержания солей в нефти заключается в экстрагировании солей из нефти горячей водой и титровании водной вытяжки хлоридов раствором нитрата ртути по реакции

Hg(NO₃)₂ + 2NaCl HgCl₂ + 2NaNO₃

Порядок выполнения работы

Испытуемую нефть тщательно перемешивают в течение 10 мин. Затем наливают в цилиндр объемом 25 мл, а при предполагаемом содержании солей более 200 мг/л – в цилиндр объемом 10 мл. Отобранный образец нефти выливают в делительную воронку. Цилиндр ополаскивают четыре раза толуолом, расходуя его каждый раз не более 5 мл. Все эти порции толуола сливают в воронку с испытуемой нефтью. После двухминутного перемешивания толуольного раствора нефти в делительную воронку наливают 100 мл горячей дистиллированной воды. Вновь перемешивают содержимое делительной воронки в течение 10 мин. Затем устанавливают воронку в кольцах штатива. После отстоя нижний водный слой сливают в воронку с бумажным фильтром и фильтрат собирают в стакан. После этого повторяют экстракцию 30 – 40мл горячей воды в течение 5 мин. Водный слой через воронку с бумажным фильтром собирают в тот же стакан. Фильтр промывают 10 мл горячей воды.

Стакан с промывными водами устанавливают на плитку и кипятят для удаления сероводорода (проба со свинцовой бумажкой). После охлаждения содержимое стакана переливают в мерную колбу объемом 500мл. Стакан ополаскивают несколько раз 10 -15 мл дистиллированной воды, которую выливают в ту же колбу, а затем доводят объем до метки. Из мерной колбы отбирают пипеткой 50 мл раствора. Если содержание солей в нефти превышает 5000 мг/л, то отбирают 10 мл. Пробы выливают в коническую колбу, куда приливают 50 мл дистиллированной воды, 2 - 3 мл 0,2н раствора азотной кислоты, 10 капель 1%-ного раствора дифенилкарбазида и титруют 0,01н раствором нитрата ртути до появления слабого розового окрашивания. Параллельно проводят контрольный опыт с дистиллированной водой до появления розового окрашивания.

Для проверки полноты извлечения хлоридов в делительную воронку с оставшимся раствором испытуемой нефти наливают 100 мл горячей воды и повторяют анализ, беря на титрование всю водную вытяжку.

Содержание солей в пересчете на NaCl (в мг на 1л нефти) рассчитывают по формуле

где V₁ – объем 0,01н раствора нитрата ртути, израсходованного на титрование испытуемого раствора, мл;

V₂ – объем 0,01н раствора нитрата ртути, израсходованного на контрольное титрование, мл;

0,5846 – количество хлорида натрия, эквивалентное 1мл точно 0,01н раствора нитрата ртути, мг;

А – соотношение объемов мерной колбы и пипетки;

V – объем испытуемой нефти, мл.

Контрольные вопросы:

1. Какие соли присутствуют в нефти?

2. Как влияет присутствие солей на переработку нефти и на качество получаемых нефтепродуктов?

3. В чем заключается метод определения содержания солей в нефти?

Лабораторная работа 5

Тема: Определение содержания механических примесей в нефти

Цель: Определить массовую долю механических примесей в нефти

Приборы и реактивы: бумажный фильтр, бюкс, химические стаканы, водяная баня, обратный холодильник, воронка, коническая колба, бензин Б-70, нефть, бензол, толуол.

Теоретические основы

Навеску испытуемой обезвоженной нефти растворяют в бензине. Раствор фильтруют через сухой бумажный фильтр, который сушат и взвешивают. По привесу фильтра находят количество механических примесей.

Порядок выполнения работы

Беззольный бумажный фильтр помещают в бюкс и сушат в сушильном шкафу при 105 – 110⁰С сначала 1ч, а потом несколько раз по 30мин до постоянной массы. Сухой фильтр устанавливают в воронку и смачивают его бензином.

Навеску испытуемой нефти и бензина для ее растворения берут в соответствии с ГОСТом. Кратность бензина Б-70 по отношению к навеске нефти 2 – 4. Испытуемую нефть отвешивают в стакан и, чтобы уменьшить ее вязкость растворяют в горячем бензине Б-70. Бензин подогревают на водяной бане в колбе с обратным холодильником.

Горячий раствор фильтруют через подготовленный бумажный фильтр. Осадок на фильтре промывают горячим бензином до тех пор, пока фильтрат будет стекать прозрачным и бесцветным.

Фильтр с промытым осадком переносят в бюкс, в котором сушился чистый фильтр, и сушат с открытой крышкой при 105 – 110⁰С до постоянной массы. Бюкс охлаждают перед взвешиванием в эксикаторе с закрытой крышкой не менее 30 мин.

Массовую долю механических примесей Х (%) вычисляют по формуле:

где G₁ – масса бюкса с фильтром и механическими примесями, г;

G₂ – масса бюкса с фильтром, г;

G – навеска испытуемой нефти.

Особенности работы:

- если нефтепродукт содержит воду, его предварительно обезвоживают методом азеотропной перегонки;

- если нефтепродукты плохо растворяются в бензине, то его заменяют бензолом или толуолом;

- для ускорения фильтрования применяют воронку Бюхнера с водоструйным насосом;

- при работе с бензолом, толуолом фильтрование надо проводить в вытяжном шкафу.

Контрольные вопросы:

1. Что относится к механическим примесям нефти и нефтепродуктов?

2. Сущность метода определения механических примесей.

3. Методика определения механических примесей.

Тема 7 Анализ катализаторов

Лекция 7

Тема: Краткие сведения о свойствах катализаторов

План:

1. Основные представления о катализе

2. Требования, предъявляемые к катализаторам

Основные представления о катализе

Большинство химических превращений углеводородов нефти, имеющих практическое значение, осуществляется в присутствии катализаторов. Катализаторы позволяют снижать энергию активации химических реакций и тем самым значительно повышать их скорость. В самом общем виде в этом и заключается сущность и значение катализа.

В нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности катализаторы в большинстве случаев применяются в твердом состоя­нии в виде шариков или таблеток, а в процессах с кипящим слоем - в пылевидном состоянии.

Требования, предъявляемые к катализаторам

К катализаторам предъявляются определен­ные требования, которые условно можно разделить на три группы.

1.Катализаторы должны обладать определенной каталитической активностью. Этот главнейший показатель соответствия катализаторов своему назначению определяется на лабораторных установках, где осуществляется основной технологический процесс, для которого пред­назначен данный катализатор. На этих лабораторных установках определяется выход целевого продукта, конверсия сырья и другие ана­логичные показатели. Иногда проводится сравнение испытуемого ката­лизатора с эталонным, активность которого известна. Помимо активно­сти свежеприготовленного катализатора, часто необходимо знать его каталитическую стабильность после регенерации или кратковременного нагрева до высоких температур.

2.Активность, селективность и стабильность катализаторов являются в значительной мере функцией их химического состава. В зависи­мости от природы катализатора по техническим условиям в них норми­руется содержание основных компонентов: диоксида кремния и оксида алюминия в алюмосиликатных катализаторах; молибдена, кобальта или никеля в алюмомолибденовых; платины и фтора в алюмоплатиновых. В катализаторе фосфорная кислота на кизельгуре нормируется содержанием общего и свободного оксида фосфора (V). Кроме того, во многих катализаторах встречаются примеси оксидов натрия, железа, серы, кальция и магния, что, как правило, вредно отражается на свойствах катализаторов. Содержание примесей и влажность также относятся к числу нормируемых показателей катализаторов.

3. Важное эксплуатационное значение имеют физико-механические свойства катализаторов: насыпная плотность, гранулометрический состав и механическая прочность.

Контрольные вопросы:

1. В чем заключается сущность и значение катализа?

2. В каком виде применяются катализаторы в нефтеперерабатывающей промышленности?

3. Какие требования предъявляются к катализаторам?

4. Перечислите основные физико-механические свойства катализаторов.

Лабораторная работа 31

Тема: Определение насыпной плотности катализаторов

Цель: Определить насыпную плотность катализатора

Приборы и реактивы: цилиндр на 100мл; аналитические весы; катализатор.

Теоретические основы

Под насыпной плотностью понимают массу единицы объема, заполненного испытуемым порошкообразным или гранулированным веществом. Насыпная плотность зависит от размера гранул вещества, их формы, пористости. Естественно, что чем больше размер гранул, тем меньше их содержится в единице объема и наоборот.

Твердые катализаторы применяются в форме таблеток, шариков, зерен в порошкообразном виде. Порошкообразные катализаторы (микросферические и полученные дроблением) имеют частицы весьма малых размеров. Для большинства шариковых и таблетированных катализаторов насыпная плотность колеблется от 0,6 до 0,75 г/мл; несколько меньше насыпная плотность алюмоплатинового катализатора; насыпная плотность порошкообразного алюмосиликатного катализатора 0,75 – 0,85 г/мл.

При эксплуатации по мере увеличения количества сырья, пропускаемого через реактор, катализатор истирается. Образующиеся мелкие частицы размещаются в промежутках между крупными, в результате чего насыпная плотность увеличивается. Явление истирания чаще всего наблюдается у катализаторов с гранулами больших размеров. Так, механическая прочность таблеток алюмомолибденового катализатора снижается, когда его насыпная плотность меньше 0,5 г/мл. С другой стороны, увеличение насыпной плотности выше 0,7 г/мл ведет к ухудшению регенерационных свойств.

Порядок выполнения работы

Во взвешенный вместе с резиновой пробкой с точностью до 0,1г цилиндр объемом 100мл насыпают до метки анализируемый катализатор. Легким пятикратным постукиванием цилиндра о деревянную подставку несколько уплотняют содержимое цилиндра и измеряют объем катализатора. Цилиндр с катализатором взвешивают на тех же весах с точностью до 0,1г.

Насыпную плотность Х (в г/мл) рассчитывают по формуле