Разделение нефти и нефтепродуктов методом перегонки

      По  показателю преломления можно оценить  чистоту индивидуального углеводорода, углеводородный состав нефтяной фракции. Из углеводородов наименьшее значение показателя преломления имеют н-алканы. С утяжелением фракционного состава нефтяной фракции повышается ее показатель преломления. 

      По  изменению показателя преломления  можно судить о фазовых превращениях твердых углеводородов. При этом анизотропная жидкая фаза характеризуется одним значением показателя преломления, а анизотропная твердая фаза — двумя значениями показателя преломления. Область появления твердой фазы в некотором интервале температур характеризуется двумя показателями преломления: жидкой и твердой фаз.

      Для определения показателя преломления  применяют два типа рефрактометров: Аббе и Пульфриха. К первому типу относятся отечественные рефрактометры РЛУ, ИРФ-22, ИРФ-454. Рефрактометром типа Пульфриха является прибор ИРФ-23. В лабораторной практике наиболее часто применяют рефрактометры типа Аббе. Для более точных определений показателя преломления и дисперсии необходимо использовать рефрактометр типа Пульфриха.

      Определение показателя преломления рефрактометром ИРФ-454

     Приборы, реактивы, материалы 

Рефрактометр  типа ИРФ-454, стеклянная палочка или пипетка, петролейный эфир или этиловый спирт, салфетка или вата.

      Рефрактометр  ИРФ-454 позволяет определять показатель преломления нефтепродукта в  интервале от 1.2 до 2.0 для линии D с точностью ±2^.10^-4. Принцип действия рефрактометра основан на явлении полного внутреннего отражения при прохождении светом границы раздела двух сред с разными показателями преломления.

      Определение показателя преломления проводят при  дневном или электрическом свете. Рефрактометр и источник света устанавливают так, чтобы свет падал на входное окно осветительной призмы или на зеркало, которым направляют свет во входное окно измерительной призмы. Перед началом работы следует откинуть осветительную призму и очистить поверхность измерительной призмы. Поверхность призмы очищают путем протирки чистой мягкой неворсистой салфеткой (тканью), смоченной петролейным эфиром или спиртом. Затем по дистиллированной воде или по контрольному образцу проверяют юстировку рефрактометра при 20°С.

      После юстировки на чистую полированную поверхность  измерительной призмы стеклянной палочкой или пипеткой  осторожно, не касаясь призмы, наносят две-три капли исследуемого нефтепродукта и опускают осветительную призму. Измерения прозрачных нефтепродуктов проводят в проходящем свете, когда он проходит через открытое окно осветительной призмы, при этом окно измерительной призмы закрыто зеркалом. Окуляр устанавливают на отчетливую видимость перекрестия. Поворотом зеркала добиваются наилучшей освещенности шкалы. Вращением нижнего маховика границу светотени следует ввести в поле зрения окуляра. Верхний маховик необходимо вращать до исчезновения окраски граничной линии. Наблюдая в окуляр, нижним маховиком наводят границу светотени точно на перекрестие и по шкале показателей преломления снимают отсчет. Цена деления шкалы 1*10^-3. Целые, десятые, сотые и тысячные доли отсчитывают по шкале, а десятитысячные доли оценивают на глаз.

      Для окрашенных и темных нефтепродуктов измерения проводят в отраженном свете.

      IV. Вязкость

      Вязкость,   как   и   плотность, — важный   физико-химический параметр, используемый при подсчете запасов нефти, проектировании разработки нефтяных месторождений, выбора способа транспорта и схемы переработки  нефти.

      Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость. Динамическая вязкость η — это отношение действующего касательного напряжения к градиенту скорости при заданной температуре. Единица измерения динамической вязкости паскаль-секунда — Па•с, на практике используют обычно мПа•с.

      Необходимость определения кинематической и условной вязкости связана с тем, что для  определения динамической  вязкости  требуется   источник  постоянного  давления (постоянно приложенного напряжения) на жидкость. Это условие   предопределяет   дополнительные   технические   трудности, сложность воспроизведения  и трудоемкость анализа. Кинематическая вязкость ν — это   отношение  динамической вязкости жидкости к плотности при той же температуре:

      ν  = η/ρ

Единица кинематической вязкости м²/с, на практике используют обычно мм²/с.

      Сущность  метода определения кинематической вязкости заключается в замене постоянного  давления (внешней силы) давлением  столба жидкости, равным произведению высоты столба жидкости, плотности  жидкости и ускорения силы тяжести. Эта замена привела к значительному  упрощению и распространению  метода определения кинематической вязкости в стеклянных капиллярных  вискозиметрах.

      Определение  условной вязкости также основано на истечении жидкости (как правило, для этих целей используют  трубку с диаметром отверстия 5 мм) под  влиянием силы тяжести. Условная вязкость — отношение времени истечения нефтепродукта при заданной температуре ко времени истечения дистиллированной воды при 20⁰С. Единица измерения — условные градусы (⁰ВУ). Метод определения условной вязкости применяется для нефтепродуктов, дающих непрерывную струю в течение всего испытания и для которых нельзя определить кинематическую вязкость по ГОСТ 33—82. Условную вязкость определяют для нефтяных топлив (мазутов).

      Определение кинематической вязкости обязательно  для таких товарных нефтепродуктов, как дизельные топлива и смазочные масла (ньютоновские жидкости).

      Согласно   унифицированной   программе   исследования   для нефтей определяют кинематическую (или динамическую)  вязкость при температурах от 0 до 50⁰С (через 10 ⁰С). Для маловязких нефтей определение начинают с 20⁰С. Для керосиновых дистиллятов определяют кинематическую вязкость при 20 — 40⁰С. Для дизельных — при 20⁰С, для масляных — при 40, 50 и  100⁰С. Для остатков, выкипающих выше 350⁰С, определяют условную вязкость при 50, 80 и 100⁰С.

      На  вязкость нефти и нефтепродуктов существенное влияние оказывает  температура. С ее понижением вязкость увеличивается. Вязкостно-температурные свойства нефтепродуктов зависят от их фракционного и углеводородного состава. Наименьшей вязкостью и наиболее пологой кривой вязкости обладают алифатические углеводороды. Наибольшей вязкостью и наиболее крутой кривой вязкости — ароматические (особенно би- и полициклические) углеводороды.

      Важным  эксплуатационным показателем топлив и масел является прокачиваемость. Прокачиваемость моторных топлив и топлив для газотурбинных и котельных установок существенно зависит от их вязкости. Например, количество бензина вязкостью 0.65 мм²/с, поступающего в двигатель за одну минуту, составляет 100 г, а бензина вязкостью 1.0 мм²/с — 95 г. В технических требованиях на товарные топлива и смазочные масла предусмотрены соответствующие ограничения значения вязкости. Так, топлива для быстроходных дизелей должны иметь кинематическую вязкость при 20⁰С в пределах 1.5—6.0 мм²/с.

      С понижением температуры высоковязкие нефти, природные битумы и остаточные нефтепродукты (мазут, гудрон) могут  проявлять аномалию вязкости, так  называемую структурную вязкость. При  этом их течение перестает быть пропорциональным приложенному напряжению, т. е. они становятся неньютоновскими жидкостями. Причиной структурной вязкости является содержание в нефти и нефтепродукте смолисто-асфальтеновых веществ и парафинов.

      Для оценки вязкостно-температурных свойств  масел имеются соответствующие  зависимости для расчета температурного коэффициента вязкости (ТКВ) и индекса  вязкости (ИВ).

      Определение кинематической вязкости

     Приборы, реактивы, материалы 

Вискозиметр стеклянный Оствальда, термостат, резиновая трубка, резиновая груша, секундомер.

      Сущность  метода заключается в измерении  времени истечения определенного  объема испытуемой жидкости под влиянием силы, тяжести. Испытание проводят в  капиллярных стеклянных вискозиметрах. Для проведения анализа подбирают  вискозиметр с таким диаметром  капилляра, чтобы время истечения  жидкости составляло не менее 200 с (рис. 5).

      Чистый  сухой вискозиметр заполняют  нефтью (нефтепродуктом). Для этого  в вискозиметр через воронку  заливают точное количество нефтепродукта (отмеченное на вискозиметре). Снимают  с внешней стороны конца колена 1 избыток нефти (нефтепродукта) и надевают на конец колена 2 резиновую трубку. Вискозиметр устанавливают в термостат (баню) так, чтобы расширение 3 было ниже уровня нефти (нефтепродукта). После выдержки в термостате не менее 15 мин засасывают нефть (нефтепродукт) в колено 2, примерно до 1/3 высоты расширения 3. Соединяют колено 2 с атмосферой и определяют время перемещения мениска нефти - (нефтепродукта) от метки М₁ до М₂ (с погрешностью не более 0.2 с).

Определение температуры вспышки  и   воспламенения  нефтепродуктов

     Большинство нефтей имеют температуру вспышки паров ниже 0⁰С. Например, температура вспышки усть-балыкской и самотлорской нефтей равна соответственно —30⁰С и ниже —35⁰С. Природный битум Мордово-Кармальского месторождения, добытый методом внутрипластового горения, имеет температуру вспышки 59⁰С. Фракции 120— 230⁰С и 180—350⁰С мордово-кармальского природного битума имеют температуру вспышки соответственно 32 и 91⁰С.

      По  температуре вспышки нефтепродукты  делятся на легковоспламеняющиеся и горючие. К легковоспламеняющимся относятся нефтепродукты, имеющие температуру вспышки паров не более 61⁰С в закрытом тигле (не более 66⁰С в открытом тигле). К горючему классу относятся нефтепродукты с температурой вспышки более 61⁰С в закрытом тигле (более 66⁰С в открытом тигле).

      Легковоспламеняющимися  нефтепродуктами являются моторные топлива. Так, автомобильный бензин имеет температуру вспышки в закрытом тигле —50⁰С, авиационный —30⁰С. Топлива для реактивных двигателей, в зависимости от сортности,  должны иметь температуру вспышки не ниже 28—60⁰С, а топлива для быстроходных дизелей 35—61⁰С.

     Температура воспламенения дизельных топлив находится в пределах 57—119⁰С.  Температура воспламенения всегда выше температуры вспышки.

     Температура самовоспламенения нефтепродукта  с увеличением его молекулярной массы уменьшается: если бензины самовоспламеняются при температурах выше 500⁰С, то дизельные топлива при 300—330⁰С.

     По  температурам вспышки, воспламенения  и самовоспламенения оценивают пожаро- и взрывоопасность нефти и нефтепродукта.

     Температуру вспышки нефти, легких нефтяных фракций  и моторных топлив определяют в закрытом и открытом тиглях. Определение в  открытом тигле применяют для  масел и темных нефтепродуктов.