ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА НЕФТИ
ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ:
1. Ознакомиться с процессом первичной переработки нефти
2. Провести разгонку нефти и рассчитать объемный и весовой выход каждой фракции
3. Опытным и расчётным путем проверить плотность каждой фракции
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
Нефть и нефтепродукты представляют собой такую сложную смесь углеводородов и неуглеводородных соединений, что обычными методами перегонки их невозможно разделить на индивидуальные соединения. Нефть и нефтепродукты разделяют путем перегонки на отдельные части, каждая из которых является менее сложной смесью. Такие части называют фракциями. Нефтяные фракции в отличие от индивидуальных соединений не имеют постоянной температуры кипения. Они выкипают в определенных интервалах температур, то есть имеют температуру начала кипения (н.к.) и конца (к.к.). Температура начала и конца кипения зависит от химического состава фракций.
Фракционный состав нефти и нефтепродуктов показывает содержание в них различных фракций, выкипающих в определенных температурных пределах. Этот показатель имеет большое практическое значение. По фракционному составу нефти можно судить о том, какие нефтепродукты и в каких количествах можно из нее выделить.
Все нефти содержат алканы, циклоалканы и арены. Количественное содержание этих углеводородов в различной нефти неодинаково и также зависит от месторождения. Кроме того, в нефти имеются гетероатомные соединения, содержащие кислород, серу, азот. Первичная перегонка нефти является первой стадией изучения ее химического состава.
Основные фракции, выделяемые при первичной перегонке нефти:
1. Бензиновая фракция – нефтяной погон с температурой кипения от н.к. (начала кипения, индивидуального для каждой нефти) до 150-205 °C (в зависимости от технологической цели получения авто-, -авиа-, или другого специального бензина). Эта фракция представляет собой смесь алканов, нафтенов и ароматических углеводородов. Во всех этих углеводородах содержится от 5 до 10 атомов С.
2. Керосиновая фракция – нефтяной погон с температурой от н.к. от 150–180 °C до 270-280 °C. В этой фракции содержатся углеводороды С10 – С15. Используются в качестве моторного топлива (тракторный керосин, компонент дизельного топлива), для бытовых нужд (осветительный керосин) и др.
3. Газойлевая фракция – температура кипения от 270-280 °C до 320-250 °C. В этой фракции содержатся углеводороды С14-С20. Используется в качестве дизельного топлива.
4. Мазут – остаток после отгона вышеперечисленных фракций с температурой кипения более 320-350 °C. Мазут может использоваться как котельное топливо или подвергаться дальнейшей переработке либо крекингу, либо перегонке при пониженном давлении (в вакууме) с отбором масляных фракций или широкой фракции вакуумного газойля (служащего сырьем для каталитического крекинга с целью получения высококачественного компонента бензина).
5. Гудрон – почти твердый остаток после отгона от мазута масляных фракций. Из него получают так называемые остаточные масла и битум, из которого путем окисления получают асфальт, используемый при строительстве дорог и т. п. Из гудрона и других остатков вторичного происхождения может быть получен путем коксования кокс, применяемый в металлургической промышленности.
АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ
1. Колба Вюрца для перегонки – объемом 100 мл.
2. Термометр стеклянный ртутный по ГОСТ 400 типа ТИН 4-1 и ТИН 4-2 для разгонки (от 0 до 360 °C).
3. Сырая обезвоженная нефть.
4. Колба плоскодонная вместимостью до 100 см.
5. Кипелки в виде керамических шариков.
6. Баня охлаждающая для колбы (представляет собой высокий химический сосуд из прозрачного стекла, высота бани должна быть такой, чтобы можно было погрузить колбу в охлаждающую жидкость до метки 100 см).
7. Ареометры для определения плотности нефти и полученных фракций.
УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ
Лабораторная работа проводится с соблюдением требований по технике безопасности, изложенными в лабораторной работе №1 «Определение плотности нефти и нефтепродуктов ареометром».
МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
В колбу Вюрца объемом 100 мл наливают 50 мл сырой нефти и кидают в нее кипелки. Колбу закрывают пробкой с термометром и соединяют через прямой холодильник и аллонж с приемником (как показано на рисунке 1).
Рисунок 1 – Установка для перегонки нефти
Массу взятой нефти вычисляют по формуле:
m = V ·ρ, (4)
где V – объем нефти, ρ – ее плотность.
Приемниками (сменными) служат 3 небольшие колбочки, предварительно взвешенные.
Колбу Вюрца с нефтью осторожно нагревают на песчаной бане или на асбестовой сетке, или на воронке Бобо.
Начало кипения (н.к.) первой фракции фиксируют по температуре поступления первой капли бензина в приемник, после чего отбирают фракцию, выкипающую до 180 °C. При отборе этой фракции по достижении температуры 135 °C прекращают подачу воды в холодильник. При достижении температуры 180 °C меняют колбу-приемник и отбирают керосиновую фракцию с температурой кипения 180-270 °C, а затем, вновь сменив приемник, отбирают газойлевую фракцию 270-320 °C.
Приемники с отобранными фракциями взвешивают и по разности масс колбы с продуктом и пустой колбы вычисляют массу каждой фракции. С помощью цилиндров определяют объем каждой фракции и вычисляют их плотность. Убеждаются, что плотность фракции растет с увеличением температуры их кипения.
Затем экспериментально с помощью ареометров определяют плотность каждой фракции. Эти данные сравнивают с вычисленными. Рассчитывают объемный и весовой выход каждой фракции, в соответствии с количеством исходной нефти, равной 100%. Все полученные результаты вносят в таблицу 1.
Таблица 1 – Материальный баланс фракционной перегонки нефти
| Название продукта | Пределы кипения фракции, °C | Объем, см3 | Масса, г | Плотность | Выход фракции | ||
| вычис. | эксп. | объемн. | весов. | ||||
| Всего взято: Нефть | 50,0 | 100,0 | 100,0 | ||||
| Получено: | |||||||
| 1. Бензин | н.к.–180 °C | ||||||
| 2. Керосин | 180-270 °C | ||||||
| 3. Газойль | 270-320 °C | ||||||
| 4. Мазут + потери (по разности) | >320 °C | ||||||
| Всего получено: | 50,0 | 100,0 | 100,0 |
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА И ЕГО ФОРМА
В своем журнале каждый студент записывает порядок выполнения того или иного задания, в необходимых случаях по результатам выполнения задания составляет таблицу по форме, рекомендуемой к конкретному заданию. Результаты лабораторной работы анализируется студентом самостоятельно, делаются выводы, которые также отражаются в рабочем журнале. По окончании лабораторной работы рабочий журнал представляется для проверки преподавателю.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАЩИТА РАБОТЫ
Контрольные вопросы:
1. Что такое фракция?
2. Как определяют температуру кипения фракции?
3. Как вычисляют объемный выход любой фракции при перегонке?
4. Почему мазут перегоняется при пониженном давлении?
5. Как вы представляете себе работу ректификационной колонны?
6. Расскажите об использовании:
а) бензиновой фракции;
б) керосиновой фракции;
в) газойлевой фракции;
г) мазута;
д) гудрона;
е) битума;
7. Какие соединения входят в состав бензиновой фракции, керосиновой фракции и мазута?
8. В какой из фракций содержатся углеводороды С8Н18, С6Н6?
ЗАЩИТА РАБОТЫ
Защита работы заключается:
– В выполнении задания и оформления отчёта по лабораторной работе;
– В ответах на контрольные и дополнительные вопросы по лабораторной работе.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4