ФЕДЕРАЛЬНОЕ  АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ  ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

"УТВЕРЖДАЮ"
Зав. кафедрой ХТТ
____________А.В. Кравцов.
"____" _______  2006г. 

О.С. Сухинина, С.Г. Маслов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА
НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

Методические указания к выполнению лабораторных работ
по курсам "Теоретические основы  химической технологии топлива и углеродных материалов" и "Химическая технология природных энергоносителей "  специальности  240403 "Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов" и курсу  "Химическая технология  нефти и газа " специальности 240802 "Основные процессы химических производств и химической кибернетики"

Издательство  ТПУ
Томск 2006   

УДК  665.6 (075.8)
ББК  6П7.43; Х465
     Определение фракционного состава нефти и нефтепродуктов.  Методические указания к выполнению лабораторных работ по  курсам "Теоретические основы  химической технологии топлива и углеродных материалов" и "Химическая технология природных энергоносителей "  специальности  240403 "Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов" и курсу  "Химическая технология  нефти и газа " специальности 240802 " Основные процессы химических производств и химической кибернетики  "  Томск: изд. ТПУ, 2006 г.- 12 с.

Составители: О.С. Сухинина С.Г. Маслов
           Рецензент  доцент, д.т.н. Коробочкин В.В.

Методические указания рассмотрены и рекомендованы методическим семинаром кафедры химической технологии топлива                            
 " 21" октября 2006 г.

Заведующий кафедрой  ХТТ                                     
профессор, докт. техн. наук                                                                                А.В. Кравцов

СОДЕРЖАНИЕ

1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. .  .  .  .  .   .   .   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   .  .  .  .   .   .  	 4

2.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА ПО ГОСТ- 2177.  .  	5

2.1	Аппаратура, реактивы, материалы      .   .   .    .   .    .   .   .   .   .   .   .   .   .  .	5
2.2	Подготовка к испытанию   .  .    .    .    .   .   .   .   .   .    .   .   .   .   .   .   .  . 	. 	6
2.2.1    Подготовка пробы    .  .   .   .   .  .  .   .   .    .   .    .   .   .   .   .   .   .   .   .   .    .      	6
2.2.2    Подготовка аппаратуры   .  .   .   .    .   .    .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .  .    .     	7
2.3	Проведение испытания  .  .   .   .    .   .    .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .    .	8
2.4	Точность метода  .  .  .  .   .   .    .   .    .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .  .   .	10
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .  .   .   .   	12

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА

1. Общие сведения
Одной из основных характеристик нефти  и нефтепродуктов является фракционный состав.
Фракционированием  называется разделение сложной смеси компонентов на смеси более простого состава. Основным методом фракционирования является разделение по температурам кипения, т. е.  перегонка и ректификация.
Перегонка (дистилляция) – это физический метод разделения, основанный на испарении жидкости и конденсации паров, обогащенных легколетучим компонентом.
Термин  «дистилляция» означает «разделение по каплям» Поэтому установилось понятие о фракционном составе нефти и нефтепродуктов как о выходе (по объему или по массе) отдельных погонов – температурных фракций, выкипающих в определенных температурных интервалах или до определенной температуры. 
Ректификация – физический метод разделения, основанный на многократном противоточном контакте жидкой и паровой фаз. При этом паровая фаза обогащается низкокипящим компонентом, а жидкая -высококипящим 
Фракционный состав нефти дает представление о количественном содержании бензиновых, керосиновых и масляных фракций. Данные по фракционному составу позволяют сравнивать нефти различных месторождений или различных тектонических блоков и горизонтов, а  также могут  быть использованы и в геохимическом плане.
В технических условиях на авиационные и автомобильные бензины, авиационные тракторные и осветительные керосины, дизельные топлива одним из важнейших показателей является фракционный состав. При проведении разгонки для этих нефтепродуктов в стандартных условиях нормируются: температура начала кипения, температуры при которых отгоняется 10, 50, 90, 97 объемн. % от загрузки, а так же остаток (в %) и иногда температура конца кипения.
Фракционный состав моторных топлив имеет очень важное эксплуатационное значение, так как характеризует их испаряемость в двигателях и давление паров при различных температурах и давлениях.
Температура начала кипения и особенно температура выкипания 10% топлива характеризует пусковые свойства топлива. Чем ниже эта температура, тем, следовательно больше в топливе легко испаряющихся веществ и тем легче и при более низкой температуре можно запустить двигатель. Однако чрезмерное облегчение фракционного состава, особенно для авиатоплив, недопустимо, так как приводит к образованию газовых пробок в топливоподающей системе и прекращению подачи топлива в камеру сгорания. Поэтому температура начала кипения нормируется всегда не ниже определенной величины. Температура выкипания 50% оказывает решающее влияние на быстроту прогрева запущенного на ходу двигателя и на соответствующий расход топлива. Не меньшее значение имеет и полное испарение топлива, что по данным стандартной разгонки хорошо характеризуется температурами выкипания 90,97 – 98% и конца кипения. При повышении этих температур уменьшается полнота испарения топлива, что влечет за собой неравномерность в его распределении по цилиндрам двигателя.
2. Определение фракционного состава по ГОСТ 2177
В зависимости от условий проведения испытания проводят двумя способами: 
А - для автомобильных бензинов, авиационных топлив, растворителей с установленной точкой кипения, нафты, уайт-спирита, керосина, газойлей, дистиллятных жидких топлив и аналогичных нефтепродуктов;
Б - для нефти и темных нефтепродуктов
Сущность метода заключается в перегонке 100 см испытуемого образца при условиях, соответствующих природе продукта , и проведении постоянных наблюдений за показаниями термометра и объемами конденсата.
Метод Б

2.1. Аппаратура, реактивы, материалы: 

стандартный аппарат для разгонки нефтепродуктов АРНС   
соответствующий требованиям ГОСТ 2177 рис.1.
Колба круглодонная для разгонки по ГОСТ25336, вместимостью 
100 и 250 см3 
термометр типа ТН-7
цилиндры по ГОСТ1770, вместимостью 10 и 100 см3
секундомер 
барометр

Рисунок 1 – Схема аппарата для разгонки нефтепродуктов

1 - термометр; 2 - колба для перегонки; 3 - асбестовая прокладка; 
4 - электрический нагревательный элемент; 5 - подставка; 6 - ручка для регулирования положения колбы; 7 - диск для регулирования нагрева; 8 - выключатель; 9 - открытое дно кожуха; 10 - мерный цилиндр;
11 - фильтровальная бумага; 12 - охлаждающая баня; 13 - трубка холодильника; 14 – кожух

2.2. Подготовка к испытанию
2.2.1.Подготовка пробы
Перед перегонкой нефтепродукты обезвоживают. При большом содержании воды нефтепродукт отстаивают и сливают, затем обезвоживают.
Обводненную нефть или темный нефтепродукт смешивают с деэмульгатором в герметично закрытом сосуде и нагревают до 40-60 °С. Выдерживают при этой температуре 1,5-2,0 ч и охлаждают до 20 °С, не открывая сосуда, чтобы избежать потерь легких фракций. Затем производят отстаивание в делительной воронке с последующим сливанием нефтепродукта. Дальнейшая осушка достигается перемешиванием в течение 10-15 мин с зернистым хлористым кальцием, и фильтрованием. При перегонке допускается воды в нефти не более 0,1-0,2%, определенной в соответствии с ГОСТ 2477.
2.2.2. Подготовка аппаратуры
Для удаления жидкости, оставшейся от предыдущей перегонки, трубку холодильника протирают внутри мягкой тканью, прикрепленной к медной или алюминиевой проволоке.
Колбу промывают легким бензином и просушивают воздухом. По мере накопления в колбе коксового остатка его отмывают хромовой смесью или раствором щелочи, либо прожигают в муфельной печи.
Сухим, чистым цилиндром отмеряют 100 см испытуемого нефтепродукта и осторожно переливают его в колбу так, чтобы жидкость не попала в отводную трубку колбы. Объем нефти и темных нефтепродуктов в цилиндре отсчитывают по верхнему мениску. При наливе в колбу нефтепродукт должен иметь температуру (20±3) °С. Для парафинистой нефти температура при наливе в колбу должна быть (33±3) °С. Для равномерного кипения в колбу бросают кипелки.
В горловину колбы с продуктом вставляют термометр на плотно пригнанной пробке так, чтобы ось термометра совпадала с осью шейки колбы, а верх ртутного шарика находился на уровне нижнего края отводной трубки в месте ее припая рис. 2. 

Рисунок 2 - Положение термометра в перегонной колбе

Колбу с нефтью ставят на прокладку с внутренним фасонным отверстием 40/50 мм. Отводную трубку колбы соединяют с верхним концом трубки холодильника при помощи плотно пригнанной пробки так, чтобы отводная трубка входила в трубку холодильника на 25-40мм и не касалась стенок последней. Соединения на корковых пробках заливают коллодием. 
При перегонке нефти и темных нефтепродуктов под трубку холодильника ставят чистый сухой цилиндр так, чтобы трубка холодильника входила в цилиндр не менее чем на 25 мм, но не ниже метки 100 см и не касалась его стенок. На время перегонки отверстие цилиндра закрывают ватой или листом фильтровальной бумаги. При перегонке нефти в начале температура воды в холодильнике должна быть 0-5 °С. Охлаждение проводят проточной водой, подавая ее через нижний патрубок и отводя через верхний. 
При перегонке парафинистых нефтей при достижении 250 °С температуру воды в холодильнике доводят до 50 °С, добавляя в нее горячую воду.
2.3 Проведение испытания
Записывают барометрическое давление и равномерно нагревают колбу так, чтобы до падения первой капли конденсата с конца трубки холодильника в соответствующий цилиндр прошло:
5 -10 мин - при перегонке нефти;
10- 15 мин -при перегонке жидких парафинов и темных нефтепродуктов.
Отмечают температуру, показываемую термометром в момент падения первой капли конденсата с конца трубки холодильника в мерный цилиндр, записывают как температуру начала перегонки (начала кипения).
Затем мерный цилиндр устанавливают так, чтобы конденсат стекал по стенке цилиндра. Далее перегонку ведут с равномерной скоростью 2-5 см в 1 мин, что соответствует примерно 20-25 каплям за 10 с (количество капель за 10 с, соответствующее скорости перегонки 2-5 см в 1 мин, уточняется для каждой трубки холодильника отдельно). Для проверки скорости перегонки по количеству капель цилиндр отставляют на короткий промежуток времени от конца трубки холодильника.
Начальную перегонку темных нефтепродуктов ведут так, чтобы скорость отгона первых 8- 10 см была 2-3 см в 1 мин. Далее перегонку ведут со скоростью 4-5 см в 1 мин.
При перегонке нефти скорость отгона вначале должна быть 2-5 см в минуту, а затем 2-2,5 см в 1 мин (одна капля в 1 с).
В процессе перегонки производят записи в соответствии с нормативной документацией на испытуемый нефтепродукт. Эти данные включают показания термометра при указанном проценте отгона или процент отгона при заданном показании термометра.
Показания термометра записывают с учетом поправок на погрешность термометра, указанных в приложенном к нему свидетельстве, и на барометрическое давление 
 После достижения конечной температуры, установленной в нормативной документации на испытуемый нефтепродукт, нагрев колбы прекращают, дают стечь конденсату в течение 5 мин и записывают объем жидкости в цилиндре.
Если в нормативной документации на испытуемый нефтепродукт нормируется температура конца кипения, колбу нагревают до тех пор, пока ртутный столбик термометра не остановится на некоторой высоте, а после этого начинает спускаться. Максимальную температуру, показываемую при этом термометром, записывают как температуру конца кипения. При появлении белых паров анализ считается недействительным. Для таких продуктов за температуру конца кипения принимают температуру, при которой произошла остановка ртутного столбика термометра и еще не появились белые пары. После этого нагрев колбы прекращают, дают стечь конденсату в течение 5 мин и записывают объем жидкости в цилиндре.
Примечание - Характерными признаками термического разложения являются выделение белых паров и неустойчивые показания термометра, которые обычно уменьшаются после любой попытки отрегулировать нагрев.
Перегонку нефти ведут до 300 °С. При этом отмечают температуру начала кипения и объемы конденсатов при 100, 120, 150, 160 °С и далее через каждые 20 °С до 300 °С.
Все отсчеты при перегонке ведут с погрешностью не более 0,5 см и 1°С.
После прекращения нагрева колбу охлаждают в течение 5 мин, снимают термометр, отсоединяют колбу от трубки холодильника и осторожно выливают горячий остаток из колбы в измерительный цилиндр вместимостью 10 см . Цилиндр с остатком охлаждают до (20±3) °С и записывают объем остатка с погрешностью не более 0,1 см.
Разность 100 см и суммы объемов конденсата и остатка записывают как процент потерь при перегонке.
При перегонке нефти остаток не измеряют.
При перегонке неизвестного по фракционному составу нефтепродукта записывают температуру начала перегонки (начала кипения) и температуру, соответствующую отгонам 10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90 и 97%.
После приближенного установления марки испытуемого нефтепродукта проводят повторную перегонку по точкам, нормируемым в нормативной документации для этой марки. 
Если перегонка ведется при барометрическом давлении выше 102,4·10 Па (770 мм рт. ст.) или ниже 100,0·10 Па (750 мм рт. ст.) , то в показания термометра вводят поправки по формуле:
,                
где P0- барометрическое давление, преобладающее во время испытания, Па;
t0- наблюдаемые показания термометра, °С.
    Поправка С прибавляется к показаниям термометра при барометрическом давлении ниже 100,0·103 Па (750 мм. рт. ст.)  и вычитается при барометрическом давлении выше 102,4·103 Па (770 мм. рт. ст.). В пределах барометрического давления от 100,0·103 Па (750 мм. рт. ст.) до 102,4·103 Па (770 мм. рт. ст.) поправки не вносят.
Нефть подготовленная к поставке потребителю в соответствии с требованиями действующих нормативных и технических документов по выходу фракций подразделяется на следующие типы табл. 1.
											Таблица 1
Типы нефти
Наименование параметра	Норма для нефти типа	Метод испытания	
	0	1	2	3	4		
Выход фракций, %, не менее, до температуры:
2000С
3000С
3500С	

30
52
62	

27
47
57	

21
42
53	

-
-
-	

-
-
-	По ГОСТ-2177	

За результат испытания принимают среднее арифметическое результатов двух последовательных определений
2.4 Точность метода
 Сходимость
Два результата определений, полученные последовательно одним лаборантом, признаются достоверными (с 95%-ной доверительной вероятностью), если расхождения между ними не превышают: 
2 °С - для температуры начала кипения, температур 10-, 50-, 90%-ного отгона;
3 °С - для температур 96-98%-ного отгона и температуры конца кипения.
Расхождения между двумя последовательными определениями фракционного состава при измерении объемов конденсата не должны превышать 1 см
Результаты лабораторной работы оформляются в виде таблицы.

Таблица 2
Определение фракционного состава 

Температура
отгона, 0С	Выход фракции, %	Расхождения между разгонками, см3	
	1 разгонка	2 разгонка	Среднее значение		
н.к-					
100					
120					
150					
160					
180					
200					
220					
240					
260					
280					
300					

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.	Государственные стандарты. Нефтепродукты. Методы испытания. Ч.1и2.  М.: Изд. Стандарт, 1997. -  416 с.
2.	Химия нефти.  Руководство  к лабораторным занятиям./ И.Н. Дияров, И.Ю. Батуева, А.Н. Садыков, Н.Л. Солодова. - 1990. –240 с.
3.	Химия нефти и газа: Учебное пособие для вузов/ под ред. В.П. Проскурякова, А. Е. Дранкина. – Л. Химия, 1989. – 424 с.
4.	Современные методы исследования нефтей. Справочно-методическое пособие/ под ред.А.И. Богомолова, М.Б. Темянко, Л. И. Хотынцевой. – Л: Недра, 1984. – 430 с.
5.	Химия и технология нефти и газа. / В.Н. Эрих, М.Г. Расина, М.Г. Рудин. - Л.: Химия, 1985. -  407 с.

Определение фракционного состава нефти и нефтепродуктов

Методические указания

Cоставители:                         		Сухинина Ольга Сергеевна 
                                               		 Маслов Станислав Григорьевич 

Подписано к печати           . 2006 г.
Формат 60 х 84 / 16. Бумага офсетная.
Плоская печать. Усл. печ. л. 1,8 Уч. изд. л. 1,63
Тираж 50 экз. Заказ  №         Цена свободная.
Издательство ТПУ. 634004. Томск, пр. Ленина, 30.