Определение содержания асфальтенов методом Маркуссона

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический  университет»

Кафедра «Технология нефти и газа» 
 
 
 
 
 
 
 

ОТЧЕТ

о лабораторной работе

по дисциплине «Химия гетероатомных соединений природных  энергоносителей» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Студент гр. МТП21-11-01                                                ______________ Т.Э.Назаров

                                                                                                                                                    (подпись, дата) 

Руководитель,

д-р  техн. наук, проф.                                                         ______________Ж.Ф. Галимов    

                                                                                                                                                   (подпись, дата) 

  
 
 

Уфа

2011

     Определение содержания асфальтенов методом Маркуссона. 

     Цель  работы: научиться проводить лабораторные исследования по определению содержания групповых компонентов тяжелых нефтяных остатках.

     Задача  по работе: Определить содержания асфальтенов методом Маркуссона в мазуте Арланской нефти.

     Характеристика  изучаемого нефтепродукта.

     Арланское месторождение - одно из крупных месторождений Башкирии. Арланская нефть обладает высокой плотностью, большим содержанием серы и высокой смолистостью.

     Мазут - фракция нефти после атмосферного блока (АТ) с t кипения до 350⁰ С, может использоваться как сырье для последующей переработки на масляные фракции до гудрона на вакуумном блоке АВТМ либо для переработки до вакуумного газойля на АВТ.

     Асфальто-смолистые вещества являются неотъемлемым компонентом почти всех нефтей. Редко встречающиеся «белые» нефти представляют собой продукты разной степени обесцвечивания темных смолосодержащих нефтей, мигрировавших через толщи глин из глубоких недр земли. Содержание и химическии состав асфальто-смолистых веществ в значительной мере влияют на выбор направления переработки нефти и набор технологических процессов в схемах действующих и перспективных нефтеперерабатывающих заводов. В связи с этим одним из главных показателей качества товарных нефтей при их классификации является относительное содержание асфальто-смолистых веществ. Количество асфальто-смолистых веществ в легких нефтях не превышает 4-5 вес. %, в тяжелых нефтях достигает 20 вес. % и более. Химическая природа асфальто-смолистых веществ точно не установлена. Она продолжает быть предметом глубоких исследований многих нефтехимиков. Причинои этого является исключительная сложность состава этих веществ, которые представляют собой комплексы полициклических, гетероциклических и металлоорганических соединений.

     По  принятой в настоящее время классификации  асфальто-смолистые вещества нефтей подразделяются на четыре вида: 1) нейтральные смолы, 2) асфальтены, 3) карбены и карбоиды, 4) асфальтогеновые кислоты и их ангидриды.

     Асфальтены представляют собой черные или бурого цвета твердые, хрупкие, неплавкие высокомолекулярные вещества плотностью больше единицы. При температуре выше 300° С асфальтены разлагаются с образованием газов и кокса. Они не растворяются в таких неполярных растворителях, как петролейпый эфир, пентан, изопентан и гексан.  

     Теоретическая часть 

     Данный  способ основан на способности асфальто-смолистых веществ, как соединении ненасыщенных и содержащих группы атомов с большой химической энергией, удерживаться на поверхности адсорбентов: отбеливающих глин (гумбрин, асканит и т. д.), силикагеля, окиси алюминия и ряда других веществ. Обычно употребляют гумбрин, силикагель и окись алюминия.

     Гумбрин берут не слишком мелкого помола, зернистый, причем перед употреблением  его слегка обжигают при 200-250° для удаления гигроскопической воды. Обжиг при более высоких температурах приводит к падению адсорбционной способности гумбрина, так как при этом начинается разрушение его микроструктуры.

     Силикагель  обычно применяют в виде небольших  комочков. Он также должен быть перед  употреблением обожжен при 200—250°.

     Отбеливающие  глины, в частности гумбрин, обладают способностью полимеризовать на своей поверхности молекулы смолистых веществ, а также удерживать некоторые высокомолекулярные углеводороды, фенолы и другие поверхностно-активные соединения. Поэтому рекомендуется пользоваться силикагелем или окисью алюминия, у которых эта способность выражена несколько слабее.

     Определение содержания асфальтенов методом Маркуссона в нефтях и нефтепродуктах является в настоящее время одним из наиболее точных, но и он имеет ряд недостатков:

     - большую длительность определения  (12—14 час.);

     - большинство адсорбентов наряду  со смолистыми веществами адсорбируют  также некоторое количество высокомолекулярных  углеводородов, являющихся, по мнению  Саханова и Васильева, полиароматическими соединениями. Данный способ не может быть применен для определения смолисто-асфальтовых веществ в продуктах, содержащих значительное количество непредельных соединений с открытыми двойными связями, например в крекинг-остатках, так как при этом вследствие полимеризации ненасыщенных углеводородов будут получаться повышенные выходы смолисто-асфальтовых веществ. В настоящее время нет метода определения содержания смолисто-асфальтовых веществ в подобных продуктах.

     Рассмотренный способ можно применять как для  определения суммарного содержания смолисто-асфальтовых веществ, так  и для определения содержания только нейтральных смол в нефтепродуктах. 

     Практическая  часть.

     Задание. Определить содержание асфальтенов методом Маркуссона в мазуте Арланской нефти. 
 

       Описание лабораторной установки 

     

 

     Рисунок 1.  Экстрактор Сокслетта

     1- экстрактор с ватой на дне; 2- сифонная трубка; 3- колба с эфиром или бензином; 4- боковая трубка. 

     Характеристика  реагентов  и приборов использованных в работе. 

     Печь  электрическая 

     Электронные весы с точностью 0,01 гр.

     Термостат

     Термопара типа ТХА (хромель-алюмелевая) или ТПП (платино-платинородиеная)

     Экстракционный  сосуд 

     Трубка  кварцевая 

     Шариковый холодильник

     Вата  гигроскопическая

     Мазут Арланской нефти 500 мл.

     Нормальный  бензин 250 мл.

     Спирто-бензол 1:4 250 мл.

     Окись алюминия 60 гр. 

     Описание  порядка выполнения работы (опыта). 

     Собирают  установку, как показано на рисунке 1.

     Содержание  смолистых веществ адсорбционным  способом определяют следующим образом.

     Навеску 5-8 грамм испытуемого продукта смешивают  в чашке с 8-кратным количеством  силикагеля или окиси алюминия. Смесь  загружают в специальный картонный  патрон, который помещают в экстракционный сосуд прибора Сокслетта (рис.1). Дно сосуда 1 предварительно закрывают ватой так, чтобы она прикрывала отверстие сифонной трубки 2. Затем чашку несколько раз смывают петролейным эфиром (кипящим до 50⁰) или нормальным бензином и сливают промывную жидкость в сосуд 1. В колбу 3 аппарата загружают столько эфира или бензина, чтобы количество его вместе с промывной жидкостью, влитой в сосуд 1, составило примерно половину объема колбы, после чего к экстрактору присоединяют шариковый холодильник.

     Весь  прибор должен быть тщательно укреплен при помощи лапок штатива и  все съемные пришлифованные части  должны плотно входить друг в друга.

     Собранный и загруженный аппарат оставляют  стоять в течение 4-6 часов для  того, чтобы возможно полнее пришла адсорбция смолистых веществ продукта силикагелем или другим выбранным адсорбентом. Выждав указанное время, приступают к экстракции. Следует помнить, что колбу 3 во избежание пожара можно нагревать только па электрической плитке.

     Пары  петролейного эфира или нормального бензина, образующиеся при кипении в колбе 3, поднимаются по боковой широкой трубке 4 и поступают в экстрактор 1, а оттуда в холодильник. Сконденсированные здесь нары эфира (бензина) падают в виде капель в патрон с продуктом, смешанным с адсорбентом, и извлекают из пего углеводороды. Смолистые вещества большей частью эфиром (бензином) не вымываются, так как сила притяжения их к адсорбенту значительно больше, чем растворимость в эфире (бензине).

     Постепенно  уровень жидкости в сосуде 7, а следовательно, и в соединенной с ним трубке 2 повышается. Когда он поднимется несколько выше изгиба последней, трубка заполняется жидкостью и начинает действовать как сифон, т. е. вытягивает всю жидкость из сосуда в колбу 3. При непрекращающемся кипении из колбы будут испаряться только эфир (бензин) и наиболее низкокипящие фракции нефти, а тяжёлые фракции останутся в ней.

     Извлечение  углеводородов считается законченным, когда эфир будет стекать из трубки совершенно бесцветным. Обычно на это  требуется 3—4 часа при скорости стекания эфирного(бензинового) конденсата с конца холодильника до 3—4 капель в секунду.

     Иногда  бывает, что прибор перестает правильно  работать; петролейный эфир начинает стекать из экстрактора не периодически но мере наполнения, а непрерывно, не давал заполниться сосуду 1. Для устранения этого явления следует охладить весь прибор и приступить к экстракции сначала.

     После того как из адсорбента извлечены  углеводороды, процесс экстракции прекращают, аппарат охлаждают, выливают из колбы  эфирный (бензиновый) раствор углеводородов  и приступают к экстракции смол. Для этого берут более эффективные  растворители, чем эфир.

     В качестве растворителей можно брать  хлороформ, четыреххлористый углерод, спирто-бензол (1 : 4) и т. д. Мы используем спирто-бензол.

     Бензол хотя и растворяет все нефтяные смолы, но не в состоянии извлечь их полностью из адсорбента (силикагеля) вследствие того, что адсорбционное сродство молекул смол к последнему превышает растворимость их в бензоле. Молекулы спирта, обладая большим сродством к адсорбенту, чем молекулы смол, вытесняют их, а вытесненные смолы растворяются в сипрто-бензоле. В самом спирте нефтяные смолы почти не растворимы.

     Количество  спирто-бензола (1 : 4) для извлечения смол берут равным количеству эфира (бензина), взятого для извлечения углеводородов. Экстракцию проводят до тех пор, пока спирто-бензол не будет стекать из трубки бесцветным. Спирто-бензольный раствор смол помещают в тарированный на аналитических весах стаканчик; спирто-бензол отпаривают на водяной бане, а стаканчик со смолами доводят до постоянного веса в термостате с температурой 110⁰, для чего обычно достаточно одного выдерживания в течение 25 мин.

     Процентное  содержание смолисто асфальтовых веществ (СА) вычисляется по формуле (1):