Материал: Практикум по химии нефти и основам технологии ее переработки учебное пособие

В каждый из градуированных пронумерованных отстойников № 1 – 5 с коническом дном помещают по 100 мл приготовленной эмульсии. В отстойники № 2 – 5 по рекомендации преподавателя вводят дозированные количества раствора деэмульгатора; пробирка № 1 без деэмульгатора является контрольной. После введения деэмульгатора отстойники с эмульсиями перемешивают на аппарате для встряхивания проб в течение 15 минут (или вручную 200 качаний). Затем отстойники помещают в термостат при температуре 50 ^оС.

Через 30 минут и через час определяют количество выделившейся воды внизу пробирок в мл и рассчитывают показатель эффективности деэмуль-гатора К_Д как отношение выделившейся воды к общему содержанию воды в нефти в %. Полученные данные заносят в таблицу 6.
Таблица 6

Исходные данные для оценки эффективности

деэмульгатора при температуре 50 °С

№ пробирки	Концентрация деэмульгатора, %	Количество выделившейся воды (в мл) через		Эффективность деэмульгатора КД, %
		30 минут	60 минут
1	0
2
3
4
5

Затем строят зависимость показателя эффективности деэмульгатора К_Д от концентрации деэмульгатора и определяют его оптимальное количество, соответствующее максимальному отделению воды из эмульсии.

В выводе сделать заключение об оптимальном количестве деэмульгатора.
2.5. Определение устойчивости асфальтеносодержащих дисперсных систем
Различают агрегативную и седиментационную (кинетическую) устойчивость. Агрегативная устойчивость – способность системы к сохранению дисперсности и индивидуальности, то есть обособленности, частиц дисперсной фазы. Когда система теряет агрегативную устойчивость (то есть происходит коагуляция или флокуляция частиц дисперсной фазы), система расслаивается.

Потеря агрегативной устойчивости ведет к кинетической (седиментационной) неустойчивости системы. Происходит расслоение, разрушение системы в результате выделения коагулятов, представляющих собой в зависимости от плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды осадки или всплывающие образования. Таким образом, кинетическая устойчивость отражает способность системы сохранять в течение определенного времени одинаковое в каждой точке распределение частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде.

Одним из нежелательных процессов при разработке нефтяных месторождений является деасфальтизация нефтей в пласте, которая может приводить к закупорке пор и уменьшению проницаемости нефтяного пласта. Кинетическая неустойчивость нефтяных систем может затруднять их транспортировку, хранение и применение.

Критерием кинетической устойчивости асфальтеносодержащей дисперсной системы, является фактор устойчивости. (Ф_У), представляющий собой отношение концентраций дисперсной фазы, которое устанавливается за фиксированное время в двух слоях, расположенных на определенном расстоянии друг от друга в направлении сил осаждения. Чаще всего для нефтяных остатков определение концентрации дисперсной фазы проводят по содержанию асфальтенов в верхнем и нижнем слоях раствора исследуемого нефтепродукта.

Под действием гравитационного поля оседают только достаточно крупные частицы (0,1 – 100 мкм). Заменяя гравитационное поле действием центрифуги с ускорением, превышающим в 100 – 1000 раз ускорение свободного падения, можно достаточно быстро осадить частицы асфальтенов. Воздействие центробежного поля достаточной интенсивности позволяет в течение 5-10 мин при 20 ^оС и частоте вращения ротора центрифуги 3000 – 4000 об/мин достигнуть седиментационного равновесия в асфальтеносодержащих смесях.

Концентрация асфальтенов в слоях может определяться фотоколориметрическим способом путем построения калибровочного графика в координатах: оптическая плотность – концентрация асфальтенов в толуольном растворе для каждого исследуемого нефтепродукта.

Приборы, реактивы, материалы: Исследуемый нефтепродукт, колба объемом 50 мл, весы лабораторные, смесь толуола и гексана в соотношении 1:4, пробирки объемом 10 мл, центрифуга ОПН-8, фотоэлектрический колориметр КФК-2 или спектрофотометр типа Helios.

Методика анализа:

Проводят не менее трех параллельных опытов.

Образец исследуемого нефтепродукта (0,2 г) помещают в предварительно взвешенную на технических весах коническую колбу на 50 мл.

В коническую колбу отдельными порциями приливают 20 мл растворителя, каждый раз тщательно перемешивая его с нефтепродуктом. Смесь растворителя, состоящая из толуола и гексана в соотношении 1:4, должна готовиться непосредственно перед анализом. После того, как будет добавлена последняя порция, содержимое конической колбы перемешивают в течение 1 мин для создания однородной смеси.

Содержимое конической колбы разливают поровну в отградуированные на 10 мл пробирки.

Центрифугирование проводят на лабораторной центрифуге ОПН-8. Перед использованием воспользуйтесь инструкцией по работе с центрифугой. Для проведения центрифугирования проб задаются следующие параметры: частота вращения ротора 4000 об/мин, время – 12 мин (с учетом времени разгона 1 – 2 мин).

После окончания центрифугирования из пробирок, в которых находятся параллельные образцы, при помощи варипипетки отбирают слои следующим образом. Верхние слои центрифугата (1 мл) переносят в пустые пробирки с пометкой «в» соответственно, средние слои отбирают до нижней отметки и отбрасывают. Нижние слои с осадком (1 мл) переносят в пробирки с отметкой «н». В пробирки с верхним и нижним слоями центрифугата добавляют по 5 мл толуола.

Далее проводят определение оптической плотности приготовленного раствора на фотоэлектрическом колориметре КФК-2 или спектрофотометре типа Helios. Кюветы (рабочая длина 5 мм, объем 2,3 мл) с помощью варипипетки заполняют приготовленным раствором и растворителем до метки на боковой стенке кювет, закрывают их крышками и устанавливают в кюветодержатель. Рабочие поверхности должны перед каждым измерением тщательно промываться спиртоэфирной смесью. При установке кювет в кюветодержатель нельзя пальцами рук касаться рабочих участков поверхностей (ниже уровня жидкости в кювете). Проводят измерение оптической плотности растворов на длине волны λ=540 нм.

Фактор устойчивости рассчитывают по формуле:

, где

D₁ – оптическая плотность верхнего слоя, D₂ – оптическая плотность нижнего слоя.

Обработка результатов измерений
Указать концентрацию приготовленного раствора и условия центрифугирования. Результаты не менее трех параллельных измерений в верхнем и нижнем слоях центрифугата занести в таблицу 7.

Таблица 7



Для расчета погрешности эксперимента использовать следующую методику.

Методика вычисления погрешности
На практике любую физическую величину измеряют ограниченное число раз, поэтому ее истинное значение остается неизвестным. За наилучшее приближение к истинному значению измеряемой величины принимается среднее арифметическое из всех имеющихся чисел:



Интервал значений физической величины, в который попадает ее истинное значение с некоторой вероятностью α, называется доверительным интервалом. Вероятность α, с которой истинное значение измеряемой величины попадает в доверительный интервал, называется доверительной вероятностью или надежностью.

Если ΔX – полуширина доверительного интервала, то величина (X–ΔX) будет нижней границей доверительного интервала, а (X+ΔX) – верхней границей доверительного интервала.

Используя понятие доверительного интервала и доверительной вероятности, результат измерений некоторой физической величины можно записать в краткой символической форме следующим образом:

(X±ΔX) с надежностью α.

Как показывается в математической статистике, при малом числе измерений (n<30) полуширина доверительного интервала определяется по формуле:



где t(α,n) – коэффициент Стьюдента, зависящий от надежности α и числа измерений n, а - средняя квадратичная погрешность результата серии n измерений, называемая также погрешностью среднего арифметического и определяемая по выражению



Разности между отдельными значениями X_i и средним X

ΔX_i= X_i–X

называется абсолютными погрешностями отдельных измерений.

Коэффициент Стьюдента определяется по специальным таблицам при заданной надежности (доверительной вероятности) и известном числе измерений. В таблице 8 приведены коэффициенты t при некоторых значениях n и α. При всех измерениях в лабораторном практикуме рекомендуется задавать надежность α=0,95 (95%).

Таблица 8.

Коэффициенты Стьюдента t при различном числе измерений n

в различной надежности α.



Итак, для обработки результатов измерений необходимо следующее:

1. Найти среднее арифметическое из полученных значений измеряемой величины:



где n – число измерений.
2. Вычислить абсолютные погрешности отдельных измерений:


3. Вычислить квадраты абсолютных погрешностей:


4. Определить среднюю квадратичную погрешность результата измере-ний (погрешность среднего арифметического) по формуле:


5. Задать значение надежности (доверительной вероятности) α, если нет специальных рекомендаций, принять α=0,95.
6. По таблице найти коэффициент Стьюдента t при заданной надежности α=0,95 и известном числе измерений n.
7. Вычислить полуширину доверительного интервала для случайных погрешностей:


8. Определить суммарную погрешность результата измерений как сумму случайных и систематической погрешностей:



Δ - либо погрешность прибора по его паспорту (если она известна), либо половина наименьшего деления шкалы прибора - δ. В последнем случае Δ=δ/2.
9. Результаты измерений записать в виде


Вопросы для самоподготовки.

1. 
   Какие основные примеси встречаются в нефтях?
   
2. 
   Каковы причины формирования нефтяных эмульсий? Почему их следует разрушать?
   
3. 
   Эмульсии каких типов встречаются при нефтедобыче?
   
4. 
   Каков принцип действия эмульгаторов? Соединения каких классов к ним относятся?
   
5. 
   Перечислите основные способы деэмульгирования.
   
6. 
   Основные способы механического и термического разрушения эмульсий.
   
7. 
   Каков принцип электрического способа разрушения эмульсий?
   
8. 
   Какие операции преподготовки рекомендуется осуществлять непосредственно на помыслах?
   
9. 
   Почему на нефтеперерабатывающих заводах проводят доочистку нефти?
   
10. 
    Как определяют фракционный состав нефтей
    
11. 
    Перечислите основные фракции нефти.
    
12. 
    Чем определяется фракционный состав нефтей
    
13. 
    Что такое мазут, гудрон, полугудрон
    
14. 
    Методы первичной переработки нефти (основные способы перегонки, ректификация).
    
15. 
    Рассмотрите строение и принцип действия ректификационной колонны.
    
16. 
    Продукты первичной переработки нефти.
    
17. 
    Методы вторичной переработки нефти.
    
18. 
    Рассмотрите термический крекинг углеводородов на примере нонана.
    
19. 
    Рассмотрите термическое превращение алкенов на примере пропена.
    
20. 
    Рассмотрите термическое превращение ацетилена в условиях термического крекинга.
    
21. 
    Термический крекинг нафтенов.
    
22. 
    Крекинг ароматических углеводородов.
    
23. 
    Какие процессы относятся к процессам каталитической переработки нефти? Охарактеризуйте их.
    
24. 
    Рассмотрите каталитический крекинг углеводородов.
    
25. 
    Каталитический риформинг. Какие процессы протекают при каталитическом риформинге? Рассмотрите эти процессы.
    
26. 
    Что такое гидрокрекинг? Рассмотрите основные процессы протекающие при гидрокрекинге.
    
27. 
    Способы отбора проб при ректификации. Как меняется температура по высоте колонны? Какую температуру (минимальную или максимальную) показывает термометр сверху ректификационной колонны?
    
28. 
    Установка для прямой перегонки, составные части.
    
29. 
    Виды топлив, классы испаряемости.
    
30. 
    Приведите химическую схему окисления углеводородов на примере метана.
    
31. 
    Что характеризуют значения 10, 50 и 90 % выкипания топлив?
    
32. 
    Чем отличается зимний бензин от летнего?
    
33. 
    По каким показателям сырая нефть отличается от товарной?
    
34. 
    Укажите отличие конденсата от нефти по компонентному составу.
    
35. 
    Какие существуют факторы, затрудняющие добычу и транспортировку нефти?
    
36. 
    Приведите составляющие сырой нефти, ведущие к коррозии оборудования.
    
37. 
    В чем заключается промысловая подготовка нефти?
    
38. 
    В чем заключается подготовка нефти к переработке на НПЗ?
    
39. 
    Какие нефти предпочтительнее для дальнейшей переработки?
    
40. 
    На какие фракции разделяют нефть при атмосферной перегонке?
    
41. 
    Чем определяется температура начала кипения нефти при атмосферном давлении?
    
42. 
    Какая фракция подвергается вакуумной перегонке? Почему используется пониженное давление?
    
43. 
    Какие нефтяные фракции отбираются при вакуумной перегонке?
    
44. 
    Каким образом изменяются плотности нефтяных фракций в зависимости от увеличения температурных пределов выкипания?
    
45. 
    На получение каких нефтепродуктов направлен топливный вариант переработки нефти?
    
46. 
    В результате каких процессов получается высокооктановый компонент бензина?
    
47. 
    Как называется процесс, сырьем которого является вакуумный газойль?
    
48. 
    Какой нефтепродукт является сырьем для получения остаточных масел?
    
49. 
    Как называется технологический процесс, которому подвергается как дизельное топливо, так и масла?
    
50. 
    Как изменяется температура кипения нефти с уменьшением давления?
    
51. 
    Охарактеризуйте нефтехимический вариант переработки нефти. Что служит сырьем для этого варианта?
    
52. 
    Какие продукты получают из гудрона?
    
53. 
    Какой товарный продукт получается при окислении гудрона?
    
54. 
    Что такое октановое число? Что оно отражает? Как зависит октановое число от разветвления углеводородного скелета, содержания ароматических углеводородов?
    
55. 
    Что такое детонационная стойкость бензинов? Влияние состава бензинов на детонационную стойкость.
    
56. 
    Дизельные топлива. Воспламеняемость, цетановое число, влияние состава дизельных топлив на воспламеняемость. Наилучшие эксплуатационные интервалы цетанового числа.