СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА ЖИДКОСТИ Российский патент 2007 года по МПК G01N24/08 G01N25/10 

Изобретение относится к технике исследований фракционного состава жидкости и может найти применение для определения фракционного состава жидкости, например, нефтепродуктов для автомобильных, авиационных бензинов и топлив, турбогенераторных двигателей, растворителей дистиляторных жидких топлив и аналогичных нефтепродуктов, в т.ч. нефти и темных нефтепродуктов.

Известен способ автоматического контроля показателей качества нефтепродуктов в потоке по авторскому свидетельству №549719, кл. G01N 25/00, опубл. 1977 г., бюл. №19, в котором нагревают анализируемый продукт при изменяемой температуре до постоянной величины при порционном давлении.

Известен способ определения фракционного состава углеводородных топлив и устройство для его осуществления по патенту №2078326, кл. G01N 1/18, опубл. 27.04.97, в котором нефтепродукт помещают в реакционный сосуд, измеряют интенсивность света, первоначальный уровень жидкости. Но выдерживают пробу при определенной температуре, ведут нагрев до температуры кипения и по значению измеряемого объема определяют фракционный состав, при этом дополнительно измеряют уровень жидкости Н и по разнице уровней жидкости определяют давление топлива.

Недостатком вышеописанных аналогов является большая погрешность измерения из-за сложности контроля порционного давления.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по назначению и техническому содержанию является способ определения фракционного состава нефтепродуктов, см. кн. А.Ш.Дегтермана «Лаборант нефтеперерабатывающего завода», в котором образец обезвоживают и автоматически перегоняют из колбы в мерную пробирку при температуре 20+3°С, пробирку ставят в стакан с водой, в заполненный водой холодильник помещают кусочки льда, нагревают колбу постепенно и равномерно, в момент падения первой капли записывают температуру начала перегонки, перегонку осуществляют со скоростью 4-5 мл в одну минуту, в процессе перегонки записывают температуры, соответствующие моментам уровней жидкости в пробирке, после достижения конечной температуры нагрев прекращают и записывают объем жидкости в мерной пробирке. Остаток продукта в колбе выливают, охлаждают до 20°С и записывают объем. Разность между 100 мл анализируемой пробы и суммой объемов дистиллята и остатка пробы записывают как потери.

Сходными признаками с заявляемым способом являются перегонка исследуемой жидкости (нефтепродукта), нагрев, измерение атмосферного давления, температуры и запись получаемого объема жидкости.

Недостатком известного способа являются ограниченные технологические возможности определения фракционного состава нефтепродуктов из-за отсутствия контроля температуры охлаждаемой перегоняемой фракции.

Технической задачей заявляемого к патентованию способа является расширение технологических возможностей определения фракционного состава любого исследуемого образца жидкости независимо от области его применения, а также повышение качества получаемых показателей фракционного состава исследуемой жидкости.

Техническая задача решается тем, что способ, включающий нагрев, перегонку исследуемой жидкости, измерение атмосферного давления, температуры кипения фракции и запись получаемого объема исследуемой жидкости, содержит новые признаки, позволяющие получить новый полезный технический результат, за счет того, что предварительно измеряют сигналы ядерно-магнитного резонанса исследуемой жидкости в основном датчике ядерно-магнитного резонанса, затем добавляют в исследуемую жидкость, находящуюся в основном датчике ЯМР, химические реагенты, содержащие парамагнитные ионы и деэмульгирующую добавку, повторно измеряют сигналы ядерно-магнитного резонанса при той же температуре исследуемой жидкости и по разности сигналов ядерно-магнитного резонанса определяют наличие воды в исследуемой жидкости, если вода в исследуемой жидкости присутствует, то жидкость обезвоживают, если вода в исследуемой жидкости отсутствует, то исследуемую жидкость из датчика ядерно-магнитного резонанса переливают в реакционный сосуд и осуществляют

ее перегонку в основной датчик ЯМР через дополнительный датчик ЯМР. При растекании первых капель конденсата по объему основного датчика ядерно-магнитного резонанса в среднюю часть мерного сосуда, расположенного в основном датчике ядерно-магнитного резонанса, помещают пористый материал с химически нейтральными волокнами. Во время перегонки исследуемой жидкости в обоих датчиках ядерно-магнитного резонанса сигналы ядерно-магнитного резонанса измеряют с момента начала нагрева исследуемой жидкости и до конца ее перегонки через каждый заданный промежуток времени, из полученных для каждого заданного промежутка времени сигналов ядерно-магнитного резонанса вычисляют начальную амплитуду, время ядерно-магнитной релаксации, позволяющих определить индивидуальные вещества в составе отдельных фракций.

Для реализации заявляемого способа использована известная установка, в которой имеются датчики ядерно-магнитного резонанса.

Способ осуществляется следующим образом.

Измеряют атмосферное давление и объем исследуемой жидкости (образца) в мерном сосуде при температуре, меньшей температуры кипения наименее легкой фракции исследуемой жидкости. Затем записывают объем отбираемой для исследования жидкости, например до 100 мл, и помещают в основной датчик ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), где предварительно измеряют сигналы ядерно-магнитного резонанса в исследуемой жидкости, затем добавляют в исследуемую жидкость, находящуюся в основном датчике ЯМР, химические реагенты, содержащие парамагнитные ионы и деэмульгирующую добавку. Повторно измеряют сигналы ядерно-магнитного резонанса при той же температуре исследуемой жидкости. По разности сигналов ядерно-магнитного резонанса определяют наличие воды в исследуемой жидкости.

Если вода в исследуемой жидкости присутствует, то жидкость обезвоживают.

Если вода в исследуемой жидкости отсутствует, то исследуемую жидкость из датчика ядерно-магнитного резонанса переливают в реакционный сосуд при постоянной скорости нагрева исследуемой жидкости и осуществляют ее перегонку со скоростью 4-5 мл в одну минуту в основной датчик ЯМР через дополнительный датчик ЯМР, при этом измеряют температуру в течение всего времени перегонки.

При перегонке жидкости обратно в основной датчик ЯМР жидкость перемещают через дополнительный датчик ЯМР и записывают объем дистиллята.

Сигналы ядерно-магнитного резонанса в обоих датчиках ЯМР измеряют с момента начала нагрева жидкости до конца ее перегонки через каждый заданный промежуток времени. Из полученных сигналов ЯМР для каждого заданного промежутка времени вычисляют начальную амплитуду и время ядерно-магнитной релаксации.

В среднюю часть мерного сосуда, расположенного в основном датчике ЯМР, помещают пористый материал с химически нейтральными волокнами, благодаря чему капли конденсата в средней части мерного сосуда растекаются по всем волокнам пористого материала и соответственно распределяются по объему датчика, обеспечивая тем самым устойчивую регистрацию сигналов ЯМР, начиная от первых капель конденсата (см. график на фиг.1).

По окончании перегонки оставшуюся исследуемую жидкость из реакционного сосуда перемещают в мерный цилиндр и записывают объем остатка исследуемой жидкости в реакционном сосуде и при заданной температуре основного датчика ЯМР измеряют сигналы ядерно-магнитного резонанса.

Остатки жидкости и дистиллят сливают вместе и снова измеряют сигналы ЯМР. Затем вычисляют начальную амплитуду и время релаксации. По разности объемов пробы до и после перегонки определяют объем потерь пробы при перегонке.

Пример определения индивидуальных веществ в составе отдельных фракций поясняется дополнительными графиками зависимостей (фиг.3 и 4), где показаны в относительных единицах по оси абсцисс интервалы времени, а по оси ординат сплошными и пунктирными линиями показаны: - температура кипения отн. ед.; - начальная амплитуда сигналов ЯМР отн. ед.; - время релаксации отн. ед.

Перегонка фракции, состоящей из двух индивидуальных веществ - гексана и бензола, осуществляется через дополнительный и основной датчики ЯМР.

Фракция выкипает при атмосферном давлении в интервале температур кипения, входящих в нее индивидуальных веществ. По экспериментальным данным строят график зависимости температуры кипения фракций от начальной амплитуды сигналов ЯМР и времени релаксации от сигналов ЯМР, полученных в основном и дополнительном датчиках ЯМР (см. график на фиг.2), и по ним определяют фракционный состав жидкости в интервале температур кипения жидкости от 68°С - температура кипения гексана, до 81°С - температура кипения бензола. При перегонке первым через дополнительный датчик ЯМР в основной датчик ЯМР попадает конденсат гексана, имеющий более низкую температуру кипения, чем бензол. Измерения сигналов ядерно-магнитного резонанса проводятся через заданные промежутки времени с момента начала нагрева жидкости в обоих датчиках ЯМР, например, через каждые 10 (десять) секунд в зависимости от свойства исследуемой жидкости. При прохождении конденсата гексана через дополнительный датчик ЯМР первыми регистрируются сигналы ядерно-магнитного резонанса гексана на протяжении такого количества промежутков времени, пока в основной датчик ЯМР перетечет весь конденсат гексана, например через 10 (десять) промежутков времени по 10 (десять) секунд каждый. Измеренные начальные амплитуды сигналов ядерно-магнитного резонанса и время ядерно-магнитной релаксации являются постоянными на протяжении всего времени прохождения конденсата в основной датчик ЯМР (область 1 фиг.3 и 4), температура кипения жидкости тоже остается постоянной, равной температуре выкипаемой жидкости, т.е. гексана (область 1 фиг.3). Начальная амплитуда сигналов ядерно-магнитного резонанса гексана в основном датчике ЯМР за 10 промежутков времени пропорциональна поступившему в него количеству гексана (область 1 на фиг.4). После выкипания гексана температура жидкости поднимается до температуры кипения бензола, например до 81°С (области 2 и 3 на фиг.3), и через дополнительный датчик ЯМР в основной датчик ЯМР начинает поступать конденсат бензола. При этом в первые, например с 11 по 15 промежутки времени, измеряются сигналы ядерно-магнитного резонанса смеси из остатков гексана, смытых бензолом с каналов перегонного оборудования, и бензола. Соответствующие значения начальной амплитуды и времени релаксации за промежутки времени, в течение которых изменялась температура кипения жидкости, представлены в области 2 (фиг.3), где с 11 промежутка времени по 15 промежуток времени начальная амплитуда изменяется от 1,5 до 1 относительных единиц (далее отн. ед.), время релаксации ядерно-магнитного резонанса увеличивается от 1 до 2,5 отн. ед.

Таким образом, для конденсата гексана соответствуют значения:

начальная амплитуда - 1,5 отн. ед. и время релаксации ядерного магнитного резонанса - 1 отн. ед., для конденсата бензола соответствуют значения: начальная амплитуда - 1 отн. ед. и время релаксации ядерно-магнитного резонанса - 2,5 отн. ед. Далее для конденсата бензола эти значения остаются до конца его выкипания (область 3 фиг.3 и 4).

Данным примером показано, что в областях 1, 2 и 3 (фиг.3) во время перегонки исследуемой жидкости в обоих датчиках ЯМР сигналы ядерно-магнитного резонанса измеряют с момента начала нагрева исследуемой жидкости и ведут до конца ее перегонки через каждый заданный промежуток времени. Из полученных для каждого заданного промежутка времени сигналов ядерно-магнитного резонанса вычисляют начальную амплитуду, время ядерно-магнитной релаксации и по этим зависимостям определяют индивидуальные вещества в составе отдельных фракций.

По сравнению с известными аналогами, в том числе ближайшим аналогом, предлагаемый к патентованию способ позволяет расширить технологические возможности определения фракционного состава любого исследуемого образца жидкости, независимо от области его применения, например, помимо нефтепродуктов можно исследовать фракционный состав любых органических жидкостей.

Кроме того, заявляемый способ позволяет повысить качество показателей фракционного состава исследуемых жидкостей, так как позволяет определить индивидуальные вещества в составе отдельных фракций.

Использование: для контроля крупногабаритных объектов. Сущность заключается в том, что осуществляют перегонку исследуемой жидкости в основной датчик ядерно-магнитного резонанса через дополнительный датчик ядерно-магнитного резонанса, во время перегонки исследуемой жидкости в обоих датчиках ядерно-магнитного резонанса сигналы ядерно-магнитного резонанса измеряют с момента начала нагрева исследуемой жидкости и до конца ее перегонки через каждый заданный промежуток времени, а из полученных для каждого заданного промежутка времени сигналов ядерно-магнитного резонанса вычисляют начальную амплитуду, время ядерно-магнитной релаксации, позволяющие определить индивидуальные вещества в составе отдельных фракций. Технический результат: расширение технологических возможностей определения фракционного состава исследуемого образца жидкости, а также повышение качества получаемых показателей фракционного состава исследуемой жидкости. 4 ил.

Способ определения фракционного состава жидкости, включающий нагрев, перегонку исследуемой жидкости, измерение атмосферного давления, температуры кипения фракций и запись получаемого объема жидкости, отличающийся тем, что предварительно измеряют сигналы ядерно-магнитного резонанса исследуемой жидкости в основном датчике ядерно-магнитного резонанса, затем добавляют в исследуемую жидкость, находящуюся в основном датчике ЯМР, химические реагенты, содержащие парамагнитные ионы и деэмульгирующую добавку, повторно измеряют сигналы ядерно-магнитного резонанса при той же температуре исследуемой жидкости и по разности сигналов ядерно-магнитного резонанса определяют наличие воды в исследуемой жидкости, при этом если вода в исследуемой жидкости присутствует, то жидкость обезвоживают, если вода в исследуемой жидкости отсутствует, то исследуемую жидкость из датчика ядерно-магнитного резонанса переливают в реакционный сосуд и осуществляют ее перегонку в основной датчик ядерно-магнитного резонанса через дополнительный датчик ядерно-магнитного резонанса, причем при растекании первых капель конденсата по объему основного датчика ядерно-магнитного резонанса в среднюю часть мерного сосуда, расположенного в основном датчике ядерно-магнитного резонанса, помещают пористый материал с химически нейтральными волокнами, а во время перегонки исследуемой жидкости в обоих датчиках ядерно-магнитного резонанса сигналы ядерно-магнитного резонанса измеряют с момента начала нагрева исследуемой жидкости и до конца ее перегонки через каждый заданный промежуток времени, из полученных для каждого заданного промежутка времени сигналов ядерно-магнитного резонанса вычисляют начальную амплитуду и время ядерно-магнитной релаксации, позволяющие определить индивидуальные вещества в составе отдельных фракций.