Анализатор франкционного состава нефтепродуктов Советский патент 1977 года по МПК G01N31/08 

(54) АНАЛИЗАТОР ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА НЕФТЕПРОДУКТОВ

1

Иаобпетение относится к устройствам опредепел:.-fj фракционного состава нефтепро дуктов и может быть использовано для измерения фракшюнного состава нефтепродуктов, перерабатываемых и получаемых на установках нефтеперерабатывающей и нефтехикшческой промышленности, с одновременным получением информации о числе атомов углерода в молекуле и молекулярной массе отдельных фракций.

Изобретение может быть использовано в заводских лабораториях при анализе качества продукции и научно-исследовательских учреждениях при изучении свойств и состава веществ.

Разработано большое число лабораторных и промышленных приборов для измерения фракционного состава нефтепродуктов. В основу работы всех анализаторов фракционного состава положен лабораторный метод разгонки по Знглеру, с различными модификациями автоматизации процесса измерения объема или веса выкипающих фракций в жидкой фазе .

Для получения информации о числе атомов углерода в молекуле и молекулярной массе отдельных фракций отбирают в отдельные пробоотборники каждую десятипроцентную фракцию, а затем осуществляют измерение числа атомов углерода в молекуле и молекулярной массы насоответсгвующих анализаторах. Ввиду того, что для проведен1Ш анализа числа атомов углерода в молекуле и молекулярной массы требуется значительное колетшство вещества, фракционный анализ приходится проводить многократно, с целью накопления необходимого для анализа количества каждой фрации.

Определение числа атомов углерода в молекуле осуществляется путем сж1Пашш фракций в потоке воздуха и последующего измерения кол1гчества углекислого газа. Определение молекулярной массы осуществляется, как правило, крирскопическим способом. Однако многократное повторение фракционного анализа, измерение числа атомов углерода в молекуле и молекулярной массы отдельных фракций, трудоемки, требуют больших затрат времени и обычно могут быть корректно осуществлены только специальными лабораториями. Анапкзаторы фракционного состава, осуществляющие определение последнего в паровой фазе, содержат разгонную колбу с термоприемником, регистратор температуры выкипающих фракций, детектирующее уст ройство и систекгу регулирования скорости выкипания фракций. Эти анализаторы хотя и позволяют проводить экспресс-анализ Фракцио1шого составаJ однако,, из - за конструктивных особезшостей системы отвода фракций из разгонной колбы и системы их измерений, отбор отдельных фракций для последующих измерений физико-химических свойств Б них конструктивно край не затруднен, что удлиняет процесс анализ Таким-образом,ни один из существующих анализаторов фракционного состава не позволяет непосредственно в процессе анализа определить число атомов углерода в молекуле и молекулярную массу фракций анализируемого вещества. Цель изобретения - сокращение времени анализа за счет одновременного определени числа атомов углерода в молекуле и молекулярной массы выкипающих фракций. Достигается это тем, что в анализатор фракционного состава, содержащем разгонную колбу с термоприемником, установленным в верхней ее части, регистратор температуры выкипающих фракций, детектирующее устройство и систему регулирования скорости выкипания фракций, детектирующе устройство включает параллельно подключе ные к выходу колбы пламенно-ионизационный и денситометрический детекторы, а также детектор, сигнал которого пропорцио нален объемной концентрации паров вешест ва. При этом к выходам указатшых детект ров подключены два делительных устройства, вход Делитель которых соединен с детектором, сиг-нал которого пропорцио} а- леи объемной концентрации паров вещества. Вход Делимое одного депителыюго устройства соединен с пламенно-ионизационным детектором, а вход Делимое другого - с денситэметрическим детектором. Ма фиг. 1 дана принципиальная анализатора фракционного состава нефте- продук1юв ; на фиг. 2 - графики с сигналами выходных устройств анализатора. Предлагаемый анализатор содержит разгонную колбу 1 с термоприемником 2, рас положен 1Ъ1м в верхней части, регистратор тек«1ературы 3 выкипаюии1х фракций, нагреватель 4, термостат 5, в .котором поддерживается температура на 5 - больше, чем температура конца кипе}1ия анализируемого вещества, и расположены пламенно - ионизационный детектор 6, детектор 7, сигнал которого пропорционален объемной концентрации, и денситометрический детектор 8, с которыми соединены соответствующие измерительные схеьл. 9, 10 и 11. Пламенно-ионизационный детектор 6, сигнал которого пропорционален числу атомов углерода в молекуле, и аэростатичес кий денситометрический детектор 9, сигнал Которого пропорционален плотности (молекулярной Maccej паров, являются стандартными. Ими могут служить детекторы от промышленных и лабораахзрных хроматографов. В качестве детектора 7, сигнал которого пропорционален объемной концентрации паров вещества и не зависит от физико - химических свойств веществ, ис- пользуется диффузионный детектор, основанный на селективной диффузии водорода через паладиевую мембрану. Делительные устройства 12 и 13, осуществляющие деление одной переме1шой величины на другую, имеют два входа-Делимое и Делитель. Вход Делитель устройств 12 и 13 соединен с выходом измерительной cxeNtti 10, а входы Делимое этих устройств соединены соответственно с выходакй измерительных схем 9 выходной сигнал измерительног о усп-ройсгва 10,кромеЭ7Х1ГО, подается в рех лятор 14, который управляет подводом энергии к нагревателю 4, и записывается регист- ратором 15. Сигналы делительных .уст ройств 12 и 13 записываются соответственно на регистраторах 16 и 17. Прибор работает следующим образом. В разгонную колбу 1 емкостью 5 см вводится проба анализируемого вещества (о,5-2 CKJ ) и включается нагреватель 4, начинается процесс разгонки. Выкипающие фракции подхватываются газом - носителем и транспортирую1Х2я в газовые детекторы 6,7 и 8. В качестве газа-носителя в анализаторе используется водород. Ввиду того, что пламенно -нонизационнъ1й детектор 6 обладает значительно большей чувствитепь ностью,чем детекторы 7 и 8, пары фракций подаются в пего через делитель потока. Регулирование темпа нагрева разгонной копбы осуществляе1х:я следующим образом. Объемная концентрация паров выкипающих фракций в газе - носителе измеряется с помоипзЮ детектора 7, сигнал измерительной схемы 10 которого посыпается в регулятор 14. Здесь он сравнивается с сигналом, иропо1лиюпальным заданной постоям-

ной концентрации паров, и в зависимости о величины разности этих сигналов регулятор 14 по пропорционально-интегральному закону управляет подводом энергии к нагревателю 4 и тем самым поддерживает постоянным объемный парциальный расход Q паров выкипающих фракций, величина которого записывается регистратором 15 (фиг. 26).

В процессе разгонки на диаграмме регисратора темлературы 3 записывается кривая изменения температуры выкипания фракций во времени (фиг. 2а).

В процессе фракционного анализа делительное устройство 12 осуществляет деление сигнала U измерительной схемы 9 пламенноЧюнизационного детектора 6, описываемого формулой

ик ()(О

гдей чувствительность пламенно - ионизационного детектора;

и,- число атомов углерода в молекуле -фракций

);(t) - объемная концентрация паров фракций в потоке, выходящем из разгонной копбы;

на сигнал U измерительной схемы 10 детектора 7, описываемого формулой

и- Kx(t),(2)

где К - чувствительность детектора 7, Выходной сигнал делительного устройства 12 описывается выражением 1/кКиН хС-Ь)

r- g-п-- g- I(

где Кх - коэф4ициент передачи делитель кого тройства

J .i. Jln. К

В - же время делительное .устройство 13 осуществляет деление сигнала измерительной схемы 11 денситометрического детектора 8, описываемого формулами

ир-Кр(л--Я2-н)х(г)

(4)

(Я -Я2-н)()

где К,

чувствительность денситометрического детектора;

О. j/o - плотность соответственно i/ -фракции и газа - носителя;

Vju - объем одного моля паров (для грамм-моля V(u 22,4 л.);

. J . - моле V,

кулярная масса соответсгвённо -фракции и газоносителя;

на сигнал If детектора 7, описываемого формулой (2) .

Выходной сигнал делительного устройства 13 описывается выражением

„ ,. Up ;ЛЯ -Я2-н)().)

) ,)-КгО гЯг-й),

;и

где

2 -1Г

0Сигналы делительных устройств 12 и

13 записываются соответственно регистраторами 16 и 17 в виде кривых, показанных на фиг. 2в и; г.

Ввиду того, что сигнал делительного

5 устройства 13 включает в себя информацию о ПОСТОЯ1ШОЙ молекулярной массе газа - носителя, отсчет ьолекулярной массы фракций производится с учетом этой постоянной величины, для чего диапазон измерения регистратора 17 выбирается соответствующим образом.

Обработка результатов, получаекпых на диаграммах регистрагоров, осуществляется следующим образом. Площадь под кривой фиг. 26 представляет собой суммарный объем паров выкипевших фракций, а каждая деся тая часть этой площади соответствует десятипроцентной по объему (в паровой фазе. ) фракции. Температура выкипания калщой -фракции определяется по кривой (см. фиг 2а} в MONfeHT времени, соответствующий концу выхода этой фракции.

Определение среднего числа атомов углерода в молекуле - фракции я средней

5 молекулярной массы этой фракции осуществляется соответственно по кривым (см. фиг., 2в и 2г) по формулам

и ;н k

к ., (-ъ-Я

2 2 При необходимости более тонкого исследования фракционного состава кр1шая на фиг. 26 может быть разделена на большее

число частей, например 20- 50, при этом, для каждой фракции по кривым на ф41г. 2 в и г могут быть определены число атомов углерода в молекуле и молекулярная масса. Таким образом,предлагаемый анализатор

позволяет осуществлять анализ фракционного состава в течение 3-5 минут, используя при этом небольшое количество анализируемого вещества (0,5-2см ,в процессе одного анализа позволяет получать инфор -

машпо о числе атомов углерода в молекуле каждой фракции и ее молекулярную массу. Эта последняя информация обычно используется для определения отношения С/Н (числа атомов углерода к числу атомов во орода в мопекупе вещества), что позвойяет судить о групповом составе каждой фракции.

Форм па изобретения

Анапизатор фракционного состава нефтепродуктов , содержащий разгонную копбу с термоприемником, установленным в верхней ее части, регистратор температуры выкипающих фракций, детектирующее устройство и систему регулирования скорости

выкипания фракций, о гл и чающийся тем, что, с цепью сокращения времени анапиза за счет одновременного опредепешш чиспа атомов углерода в молекуле и мопекулярной массы выкипающих фракций, детектирующее устройство включает параллельно подключенные к выходу копоы пламенно - ионизац;:онный и денситометричес- кий детекторы, а таюке детектор, сигнал которого пропорционален объемной козшент- рации паров вещества , причем к выходам указанных детекторов подключены Два делительных устройства, вход Делитель которых соединен с детектором, сигнал которого пропорционален объемной концентрации паров вещества, вход Делимое одзюго делительно1 о устройства соедшюн с пламенно-ионизационныкг детектором, а вход Делимое другого делительного устройствас денситометр1 ческим детектором.

фиг 1

r

л

г

Фыг.1