Способ определения агрегативной устойчивости нефтепродуктов Советский патент 1985 года по МПК G01N25/02 

Об

ел

00 Изобретение относится к физикохимическому анализу нефтепродуктов, в частности к определению агрегатив ной устойчивости вакуумных дистилля тов, нефтяньк остатков, песков и би тумов, и может быть использовано в нефтяной, нефтеперерабатьшанщей и Нефтехимической промьштенности. Известен спосособ определения аг гативной устойчивости нефтепродуктов, содержащих асфальтены, заключа ющийся в том, что испытуемый нефтепродукт растворяют в смеси толуолгептан, центрифугируют полученный раствор и по степени равномерности распределения осажденных асфальтенов в верхнем и нижнем слоях раство ра оценивают устойчивость данного нефтепродукта СО Однако указанный способ непригоден для определения агрегативной устойчивости продуктов, не содержащих асфальтены, в частности вакуумных дистиллятов. Кроме того, способ является сложным, продолжительным и связан с введением в нефтяные дисперсные системы (НДС) раст ворителя, искажающего результаты исследования. Наиболее близким к изобретению является способ определения агрегативной устойчивости, заключающийся в том, что в нефтепродукт последовательно вводят порхдаями 0,5-5 мас. ароматический концентрат, содержащи 50-100 об.% ароматических углеводородов. В полученньрс смесях последовательно определяют вязкость при температуре, на 2-3°С ниже температуры помутнения исходного нефтепродукта, и по минимальному значению вязкости судят об его агрегативной устойчивости . Данный способ непригоден для опр деления агрегативной устойчивости нефтяных остатков (мазуты, гудроны битумй, пеки), так как в irax невозможно определить температуру помутнения, а также эти продукты обладают высокой вязкостью. Кроме того, способ является сравнительно сложным и требует очистки сырья от механических примесей. Цель изобретения - упрощение спо соба определения агрегативной устой чивости нефтепродуктов, расширение видов анализируемого сырья и исключение влияния механических примесей Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения агрегативной устойчивости нефтепродуктов, включающему последовательное введение в образцы нефтяного сырья ароматического концентрата и их термостатирование, при установившейся температуре образцов, на 5-10 С выше температуры застьгоания испытуемого нефтепродукта, определяют равновесную температуру в каждом образце при его перемещивании с постоянной скоростью, определяют зависимость равновесной температуры от концентрации добавки и по минимальному значению указанной температуры судят об агрегативной устойчивости. Под равновесной температурой понимают ту температуру, которая устанавливается в образце при его перемешивании через определенное время. Изобретение основьгоается на новой модели строения нефти и нефтепродуктов, которая базируется на принципах физико-химической механики НДС. В соответствии с этой моделью нефть и нефтепродукты при определенных условиях содержат в своем составе сложные структурные единицы (СОЕ), представляющие собой надмолекулярные образования, окруженные сольватной оболочкой. В частности, при темпе- . ратуре, на 5-10С вьш1е температуры застывания, нефтяное сырье находится с связано-дисперсном состоянии. При воздействии на такие системы размеры ССЕ изменяются экстремально,что находит отражение в экстремальном изменении свойств нефтепродуктов, в частности структурной вязкости., агрегативной устойчивости и т.п. Воздействие на НДС может осуществляться различными способами - электрическим, механическим, введением ароматических добавок в малых концентрациях и т.д. Энергия, подведенная к НДС, в частности при её перемешивании,пре-. образовывается в тепло за счет сил внутреннего трения (структурной вязкости) . В то же время часть ее может расходоваться на уменьшение размеров ССЕ. В случае агрегативно ; неустойчивой НДС, которая характеризуется большим размером ССЕ с прочной сольватной оболочкой, подведенная энергия преобразуется лишь в тепло. При переводе НДС в агрегативно устойчивое состояние за счет введения небольшого количества ароматической добавки прочность сольватной оболоч ки уменьшается, часть подведенной энергии тратится на разрушение ССЕ (уменьшение размеров). Поэтому в этом случае тепла выделяется меньше по сравнению с агрегативно неустойчивой системой и температура продук та повьш1ается менее интенсивно. Таким образом, по характеру изменения температуры нефтепродукта можно судить об его агрегативной устойчивос ти. Способ осуществляется следующим образом. Готовят пробы нефтепродукта, содержащие различное количество ароматического концентрта (0,5-30 мае.%) Полученные смеси в равном количест.ве (50-100 г) помещают в одинаковые химические стаканы и термостатируют при температуре, на 5-10°С вьше тем пературы застьшания испытуемого неф тепродукта. После достижения постоянной температуры во всех стаканахдля каждого-образца определяют при перемешивании температуру продукта через равные промежутки йремени, например 1 мин, до достижения равно весной температуры. Скорость переме шивания во всех случаях должна быть одинаковой. Определяют зависимость равновесной температуры от концентрации добавки и по ее минимальному значению судят об агрегативной усто чивости. Наибольшая и наименьшая равновесные температуры соответстве но относятся к наименее и наиболее агрегативно устойчивым состояниям . продукта. В качестве ароматических концент ратов могут быть использованы эк стракты селективной очистки масел, смола пиролиза, заксйлольная фракция ит.п. Экстракты масляных фракций получ ют в качестве побочного продукта пр селективной очистке прямогонных вакуумных дистиллятов на масляных бло ках нефтеперерабатывакнцих заводов (НПЗ). Концентрация ароматических углеводородов в экстрактах зависит от природы исходного сьфья и режима экстракции и колеблется в пределах 50-100 об.%. Пределы температуры выкипания экстрактов составляют 34 300-350, 350-400 и 370-500°С соответственно для 1,2 и 3-й фракции. Смола пиролиза образуется в процессе пиролиза различных углеводородных фракций. Выход смолы составляет до 30-40 мас.% на сырье. Содержание ароматических углеводородов в смоле с пределами температзфы выкипания 300-500 С составляет 75 -. 80 об.%. Заксилольную фракцию получают иа топливных блоках НПЗ после вьщеления бензола, толуола и ксилолов из продуктов каталитического риформинга Такая фракция выкипает при температуре вьш1е 300°С и содержит 90 95 об.% ароматических углеводородов. П р и м е р 1. Готовят 11 образцов вакуумного газойля по 50 г каждьш с концентрацией 0-5 мас.% экстракта селективной очистки маляной фракции (3, табл. 1) в химических стаканах ёмкостью 100 мп. Полученные образцы термостатируют при 23с (температура застьшания вакуумного газойля 18°С), В соответствии с предлагаемым способом измеряют температуру образцов при постоянной скорости перемешивания через равные промежутки времени (1 мин) до достижения равновесной температуры. Определяют зависимость равновесной температуры от концентрации добавляемого экстракта и по минимальному значению указанной температуры судят об агрегативной устойчивости вакуумного газойля в смеси с экстрактом. В табл. 1 представлены результаты сравнения способов определения агре-о гативной устойчивости указанного га3 ОЙЛЯ. Из приведенных данных видно, что при перемешивании образца, содержащего 2 мас.%, он имеет минимальную равновесную температуру - 24,4 С. В то же время этот образец максимально агрегативно устойчив. П р и м е р 2. Готовят 11 образцов мазута западно-сибирской нефти по 50 г каждьм с концентрацией О 5 мао.% экстракта селективной очистки 3-й масляной фракции в химических стаканах емкостью 100 мл. Полученные образцы термостатируют при 27 °С (температура застьгеания мазута 17 С). В соответствии с предлагаемым способом измеряют температуру образцов при постоянной скорости перемешива5ния через 1 мин до достижения равно весной температуры. По зависимости равновесной температуры от концентрации экстракта судят об агрессивной устойчивости мазута. При сравнении предлагаемого способа с результатами определения агрегативной устойчивости мазута по способу-аналогу, а также с результатами вакуумной перегонки смесей с указанной концентрацией добавки (табл. 2) видно, что минималь ная равновесная температура, достигаемая при концентрации добавки 1,5 мас.% соответствует наибольшему .фактору устойчивости и выходу вакуумного дистиллята. Это свидетельствует о его максимальной агрегативной устойчивости. . Исключение необходимости определения вязкости, достигаемое в предлагаемом способе, упрощает методику оценки агрегативной устойчивости и не требует очистки сырья от механических примесей, поскольку устойчивость определяют по зависимости непосредственно измеренной при перемешивании электрической лабораторной мешалкой равновесной температуры от концентрации ароматизированной добавки, в то время как измерение вязкости связано с использова3нием различного типа капиллярных вискозиметров, которые чувствительны к наличию механических примесей в испытуемом сьфье из-за забивки капилляра, а также требуют калибровки и тщательной очистки и промывки. Кроме того, предлагаемьй способ позволяет расширить виды анализируемого сырья (включить в объекты исследования высоковязкие, темные нефтепродукты типа мазута, гудрона и т.п.), так как предполагает проводить оцёнку агрегативной устойчивости при температуре, на 5-10С выше температуры застывания, которая легко измеряется для любого нефтепродукта, в то время как температуру помутнения, используемую в прототипе, возможно определять лишь для светлых (прозрачных) нефтепродуктов, типа вакуумных дистиллятов. Вместе с тем, ио способу-прототипу невозможно определять агрегативную устойчивость для высоковязких структурирующихся нефтепродуктов, так как они теряют текучесть при указанных условиях. Таким образом, предлагаемьй способ позволяет расширить виды анализируемого сырья, исключить влияние механических примесей,.а также значительно упростить методику.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АГРЕГА,ТИВНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ НЕФТЕПРОДУКТОВ, включаю1Щ1й последовательное введение в образцы нефтяного сырья арома тического концентрата и их термостатирование, отлич.ающийся тем,что,с целью упрощения способа,расширения видов анализируемого сырья и исключения влияния механических примесей, при установившейся температуре образцов, на 5-10С вьше температуры застьшания испытуемого нефтепродукта, определяют равновесную температуру в каждом образ }е при его перемешивании с постоянной скоростью, определяют зависимость равнош весной температуры от концентрации добавки и по минимальному значению с указанной температуры судят об агрегативной устойчивости.

Показатели Равновесная температура27,1 26,3 25,8 24,6 образца,С (предлагаемый способ) Вязкость, сСт (способ- 230 210 180 168 протртип) Агрегативная устойчи- Р Р Р Яр вость в течение месячного наблюдения Примечание. Р- расслаивается; Нр

Таблица 1 Количество добавляемого экстракта, мае.2 ° ° 24,4 25,8 26,3 27,027,1 27,026,4 160 185 205 .212 216 220 238 Яр Нр Р Р Р р р - не расслаивается.

Равновесная темпе-

ратура/С 29,7 29,5 29,2 28,3 28,9 29,1 29,3 29,8 |30,t 30,0 29,9

Фактор устойчивости

во способу-аяалЬгу 0,85 0,89 0,96 1,00 0,95 0,86 0,83 0,82 |0,8t 0,81 0,83 Выход вакуумного дистиллята , об.Х 41 47 49 5 50 вакуумная перегонка 1фоизводилась по н.к. - .Табяяца 2 47 46 45 44 43 42 Богданову, отбиралась фракция