Визначення фракційного складу нафти (розгонкою в стандартних апаратах)

 

Найкращі бензини мають найбільш низькі t90. Температуру початку конденсації називають точкою роси. Точка роси - гранична t0 , при якій задана кількість рідини у повітрі може знаходитись у вигляді пари. При зниженні цієї t0  починається конденсація пари та утворення роси.   

 

 

  Тиск насиченої пари – це тиск пари, що знаходиться в рівновазі з рідиною чи твердою речовиною за даних t0 умов. За цим показником роблять висновок про наявність легко випаруваних фракцій бензину, про пускові властивості бензину (чим вище тиск насиченої пари, тим краще пускові властивості); про ймовірні втрати бензину при зберіганні; про вогненебезпечність.

 

 

  Тиск насиченої пари залежить від t0, зменшуючись з її зниженням. Так, при t0=380С тиск не більш 500мм рт ст.. бензину літнього виду, та 500-700мм рт.ст. - зимового. Для іномарок Л-335-560 мм рт.ст.; З= 440-720 мм рт.ст.

 

3.3. Оцінка детонаційної стійкості палива і антидетонатори

 

Оцінці детонаційної стійкості бензину придають велике значення, тому що від її правильної визначеності залежать відповідність даного палива конкретному типу двигуна і основні техніко-економічні показники роботи двигуна. Метод порівняння детонаційної стійкості бензину, що досліджується, із детонаційною стійкістю еталонного палива тримав найбільше розповсюдження. Еталонне паливо являє собою суміш з різним вмістом (за об’ємом) двох вуглеводнів – ізооктану (С8Н18) і нормального гептану (С7Н16). Ізооктан має високу детонаційну стійкість, яка умовно прийнята за 100, а нормальний гептан – дуже низьку, що прийнята за 0. У відповідності з цим визначенням детонаційної стійкості бензину, що досліджується, полягає в тому, щоб підібрати таку суміш ізооктану і нормального гептану, яка б мала при однакових умовах таку ж саму детонаційну стійкість, що й паливо яке досліджується. Властивість бензину протистояти детонації оцінюється октановим числом, мінімальне значення якого відображено у марці бензину. Октанове число (ОЧ) бензину дорівнює процентному (за об’ємом) вмісту ізооктану в такій суміші з нормальним гептаном, яка рівноцінна за антидетонаційними властивостями даному паливу при стандартних умовах випробування. Розроблено і стандартизовано ряд методів визначення октанового числа бензину. Найчастіше використовують два методи: моторний (ГОСТ 511-85) і дослідний (ГОСТ 8226-85). Оцінка октанового числа одночасно двома методами дає можливість визначити чутливість бензину до зміни режиму роботи двигуна. Чутливість бензину оцінюють різницею октанових чисел, одержаних моторним і дослідним методами.

 

Октанове число бензину по моторному методу визначають на одноциліндровому двигуні  зі змінним ступенем стиску наступним образом. Установку заправляють бензином, октанове число якого необхідно визначити. Двигуну задають стандартний режим, а потім поступово підвищують ступінь стиску до появи детонації, яку фіксують за допомогою спеціального електронного приладу – детонометра. Потім у двигун заливають еталонне паливо, при чому підбирають таку суміш ізооктана і гептана, при роботі на якій інтенсивність детонації буде такою ж, як і на досліджуваному бензині. По кількості недотонизуючого ізооктана у суміші визначають октанове число.

 

Оцінка детонаційної стійкості бензинів у лабораторних умовах на одноциліндрових двигунах має відносний характер і не завжди збігається з фактичною детонаційною стійкістю бензинів на повно розмірних двигунах в умовах експлуатації. Дослідний метод проводять у режимі роботи двигуна в умовах міського руху автомобіля (обмежена потужність, дуже часті зупинки, порівняно низький тепловий режим). Якщо октанове число визначають по дослідному методу, то в марці бензину пишуть букву „И” (наприклад – АИ–93). Октанові числа, визначені по дослідному методу, на 7...10 одиниць вище, ніж визначені по моторному методу. Чим менша ця різниця для бензину, тим

вищі його експлуатаційні властивості. Кожний двигун призначений для роботи на бензині із конкретним октановим числом, яке визначається конструктивними особливостями двигуна і в першу чергу ступінню стиску:

 

ОЧ = 125,4 – 413/ε + 0,183 dц,

 

де ОЧ – октанове число бензину визначене по моторному методу;

ε – ступінь стиску;

dц – діаметр циліндра, мм.

 

Антидетонатори. Основним фактором, що впливає на виникнення детонації, є ступінь стиску, від якого залежить температура і тиск в камері згоряння. Чим вище ступінь стиску, тим більша ймовірність виникнення детонації, вищі вимоги до детонаційності бензину. Враховуючи те, що з підвищенням ступеня стиску двигунів поліпшуються їх техніко-економічні і

експлуатаційні показники та вимоги до детонаційної стійкості бензину весь час зростають. Високі детонаційні стійкості товарних бензинів досягають

трьома основними способами:

 

1. Застосуванням сучасних технологій одержання палив, наприклад каталітичного, термічного крекінгу, гідрокрекінгу та каналізаційного риформінгу тощо, що дають можливість одержати базові бензини з октановим числом ОЧМ – 75...80 і ОЧД – 80...94 (табл. 1.9);

 

2. Підвищенням октанового числа, для чого додають до 40% високооктанових компонентів (ізооктану, алкілбензину та ін.), що мають ОЧМ близько 100;

 

3. Введенням антидетонаторів, тобто хімічних сполук, які при дуже незначній концентрації різко підвищують октанове число бензину. Цей спосіб підвищення детонаційної стійкості найпоширеніший і найбільш ефективний.

 

Найефективнішим антидетонатором є тетраетилсвинець (ТЕС) – Рв(С2 Н 5) 4, який використовується декілька десятків років. Це важка масляниста безколірна або жовтувата отруйна рідина з високою густиною (Р 20=16,52кН/м2), добре розчиняється в бензині і має температуру кипіння близько 200 °С. ТЕС не розчиняється у воді.

 

ТЕС вводять в паливо у вигляді етилової рідини (ЕР). В залежності від марки ЕР до її складу входять: 54...58% ТЕС, до 40% виносника свинцю, до 0,5% фарбувальної рідини та 5…6% наповнювача. Бензин із добавлянням ЕР називають етилованим.

 

За останні роки проведено випробування і організовано промислове виробництво більш ефективного антидетонатора – тетраметилсвинцю (ТМС). Він має вищу температуру розщеплення і у високооктанових бензинах ефективніше ТЕС на 0,5...1,0 октанову одиницю. Температура кипіння ТМС – 110 °С, що сприяє більш рівному його розподілу між фракціями бензину.

 

Найбільш ефективнішим являється добавлення у бензин невеликих порцій антидетонатора (0,5...1,0 г на 1 л палива). При великих концентраціях підвищується отруйність бензину, знижується надійність роботи двигуна із-за утворення оксиду свинцю, який відкладається на стінках камери згоряння, днищі поршнів, клапанах та на електродах свічок, а при цьому детонаційна стійкість підвищується мало.

 

 

4. ГАЗОПОДІБНІ АЛКАНИ. МЕТОДИ  АНАЛІЗУ ВУГЛЕВОДНЕВИХ ГАЗІВ

 

4.1. Характеристика газоподібних  алканів

 

Метан — найпростіша органічна сполука вуглецю з воднем, природний безбарвний газ без запаху, хімічна формула — CH4. Метан — безбарвний газ без запаху і смаку, майже у два рази легший від повітря. У воді малорозчинний.

Має молярну масу 16,04, tпл= −182,49 °C, tкип = −161,56 °C, критичний тиск 4,58 МПа, критична температура −82,°С, температура спалаху 87,8 °C, температура самозаймання 537,8 °C.

Хімічні властивості

Перший член гомологічного ряду насичених (метанових) вуглеводнів. Метан являє собою малоактивну в хімічному відношенні речовину. При звичайних умовах він досить стійкий до дії кислот, лугів і окисників. Так, при пропусканні метану через розчин KMnO4, який є досить сильним окисником, він не окислюється і фіолетове забарвлення розчину не зникає. В реакції приєднання (сполучення) метан не вступає, оскільки в його молекулі всі чотири валентності атома вуглецю повністю насичені. Для метану, як і інших насичених вуглеводнів, типовими є реакції заміщення, при яких атоми водню заміщаються атомами інших елементів або атомними групами. Характерна для метану також реакція з хлором, яка відбувається при звичайній температурі під впливом розсіяного світла (при прямому сонячному світлі може статися вибух). При цьому атоми водню в молекулі метану послідовно заміщаються атомами хлору:

CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl

CH3Cl + Cl2 = CH2Cl2 + HCl

CH2Cl2 + Cl2 = CHCl3 + HCl

CHCl3 + Cl2 = CCl4 + HCl

Внаслідок реакції утворюється суміш хлоропохідних метану.

В атмосфері повітря метан горить безбарвним полум'ям з виділенням значної кількості тепла:

CH4 + 2O2 = СО2 + 2Н2О

З повітрям метан утворює вогненебезпечну вибухову суміш. При нагріванні метану без доступу повітря до температури вище 1000 °C він розкладається на елементи — на вуглець (сажу) і водень:

CH4 = С + 2Н2

Метан є основним компонентом:  газів природних горючих (до 99,5 %), нафтових попутних (39-91 %), болотяних (понад 99 %) і рудникових (34-48 %) газів; присутній у газах грязьових вулканів (понад 95 %), спорадично зустрічається у вулканічних газах і в газах магматичних і метаморфічних порід.

Велика кількість метану розчинена у водах океанів, морів, озер. Середній вміст метану у водах Світового океану близько 10-2 см3/л, загальна кількість — 14·1012 м3. Кількість метану, розчиненого у пластових водах, на декілька порядків вища від його промислових запасів.

Метан утворює багато родовищ, з яких добувається і по газопроводах подається до місця використання. На дні болот і ставків метан утворюється внаслідок розкладу залишків рослин без доступу повітря. Тому його називають ще болотним газом. Під назвою «рудниковий газ» метан нагромаджується у вугільних шахтах, внаслідок виділення з пластів вугілля і супутніх порід, в яких знаходиться у вільному та зв'язаному вигляді. На діючих шахтах спостерігається виділення метану з вугільних пластів у обсязі до 70—80 м³/т с. б. м. (т с. б. м. — тонна сухої беззольної маси), що робить економічно доцільним його самостійне або супутнє (дегазація) видобування з вугільних родовищ.

Рудниковий газ дуже небезпечний, оскільки з повітрям може утворювати вибухову суміш. Найбільш вибухонебезпечні концентрації метану у повітрі — 9—14 %.

Основний компонент природних (77—99 %), супутніх нафтових (31—90 %), рудникового та болотного газів. Є парниковим газом.

Одержання

У лабораторіях метан можна одержати при нагріванні ацетату натрію з твердим гідроксидом натрію або при дії води на карбід алюмінію:

CH3COONa + NaOH = Na2CO3 + CH4 ↑

Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4 ↑

Застосування

Великі кількості метану використовуються як зручне і дешеве паливо. Неповне спалювання метану дає сажу, яка йде на виготовлення друкарської фарби і як наповнювач каучуку, а при термічному розкладі (вище 1000 °C) одержують сажу і водень, який використовують для синтезу амоніаку. Продукт повного хлорування метану — тетрахлорид вуглецю CCl4 — є добрим розчинником жирів і застосовується для екстрагування жирів з зерен олійних рослин. Метан служить також вихідною речовиною для одержання, ацетилену, метилового спирту і багатьох інших хімічних продуктів.

Метан як фактор вуглевидобутку

З повітрям метан утворює вибухові суміші. При вмісті в повітрі до 5-6 % горить біля джерела тепла (т-ра запалення 650—750 °С), при вмісті 5-15,2(16)% — вибухає, понад 16 % — може горіти при припливі кисню, зниження при цьому концентрації метану вибухонебезпечне. У промисловості метан застосовують для одержання синтезгазу, ацетилену, хлороформу, чотирихлористого вуглецю, технічного вуглецю та ін. Продукти неповного окиснення метану є вихідними для виготовлення пластмас, використовуються в органічному синтезі.

Етан – безбарвний газ складу СН3СН3, найближчий гомолог метану. Міститься в нафтових та природних газах, а також в газах, які одержують при переробці вугілля та нафти.

Маса 1 м3 етану за нормальних умов складає 1,270 кг. В чистому вигляді етан в природі не зустрічається, звичайно він супроводжує метан. Нижча теплота згоряння його – від 60,3 до 66,2 МДж/м3.

Етан було вперше штучно створено у 1834 році Майклом Фарадеєм, в результаті електролізу ацетату калію. Фарадей прийняв продукт вуглеводню цієї реакції за метан і не досліджував його в подальшому. Етан — безбарвний газ, без запаху. Щільність при нормальних умовах ρгаз.= 0,001342 г/см³ або 1,342 кг/м³

Пропан – безбарвний газ, tкип = - 42,07 °С. Формула: СН3СН2СН3. Міститься у природних і нафтових газах, утворюється під час крекінгу нафтопродуктів. Застосовується для одержання пропілену, нітрометану, технічного вуглецю тощо. Використовується як автомобільне паливо, розчинник, побутовий газ (у суміші з бутаном). Температура самозаймання 466 °С. Концентраційна границя вибуховості 2,1-9,5%.

Маса 1 м3 пропану за нормальних умов рівна 1,9659 кг. Як і етан пропан в чистому вигляді в природі не зустрічається, але є обов'язковим супутником газу нафтових покладів. Теплота згоряння пропану – від 86,5 до 93,9 МДж/м3.

Пропан товарний

Пропан товарний – рідина, що містить не менше 93% пропану чи пропілену, пружність пари якої при 45 °С не перевищує 1,6 МПа. Вміст бутанів-бутиленів допускається до 3%, етану-етилену (до 4%) обмежується максимальним тиском парів. Корозійна активність, вміст сірки, вологи і густина товарного пропану регламентуються технічними умовами на його постачання. Якщо пропан використовується в якості моторного палива, то обмежується допустимий вміст пропілену. Рідинний залишок при -20 °С обмежується 2%, вміст сірководню – 50 мг/м3 газу.

Пропан-бутанова суміш товарна – рідина, яка містить етан-етилену до 4%, пентанів до 3%, сірководню до 50 мг/м3 газу. Температура випаровування (об’ємна частка 95%) повинна бути рівною температурі випаровування бутану. Склад суміші (скрапленого газу), яка використовується як паливо для комунально-побутового споживання, обмежується пружністю пари 1,6 МПа за температури 45°С. При цьому забезпечується достатня леткість газового палива.