VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Определение углеводородного состава масляных фракций с целью их использования в составе базовых масел
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В России ежегодно растет объем поставок импортных масел и пакетов присадок к ним ведущих зарубежных компаний. Российский рынок смазочных материалов – крупнейший в Европе и пятый по величине в мире. Если посчитать стоимость потребляемых в России смазочных материалов, то это составит баснословную сумму.
Базовые масла – это сырье и основной компонент товарных масел. Высококачественное минеральное базовое масло является надежной основой для получения современных смазочных материалов. Такие базовые масла обладают стабильными свойствами, в частности, высокой растворимостью присадок, что обеспечивает эффективность их действия. Поэтому очень важно анализировать нефтепродукт в течение всей цепочки переработки.
Цель: Ознакомиться с методикой и проследить изменение углеводородного состава сырья для производства масел в ходе его переработки и облагораживания на примере технологической схемы ООО «Новокуйбышевского завода масел и присадок»
Задачи:
1) Проанализировать продукты по всей цепочке переработки
2) Оценить изменение углеводородного состава
3) Определить основные физико-химические свойства, которые характеризуют изменение углеводородного состава
4) Изучить метод определения температуры застывания по ГОСТ, определения вязкости (индекс вязкости), определения содержания серы, определения содержания кокса
5) Сделать вывод об изменении и возможности использования целевого продукта в составе базовых масел
Теоретическая часть
Нефтяные минеральные базовые масла разного назначения получают переработкой отдельных фракций мазутов. Одним из основных факторов, определяющих физико-химические и эксплуатационные характеристики нефтяных минеральных базовых масел, является их групповой углеводородный и химический состав. Химический состав фракций, выкипающих при температуре выше 300 °С, очень сложен. Во фракциях, используемых для производства масел, присутствуют высокомолекулярные углеводороды, кислородные, сернистые, смолистые вещества, а в гудронах еще и асфальтены.
При производстве компонентов базовых масел разными способами добиваются увеличения в масляных фракций так называемых «желательных» групп углеводородов оптимального строения (парафино-нафтены, легкая и средняя ароматика) и максимального удаления «нежелательных» (асфальтены, твердые парафины, сернистые и смолистые соединения), которые отрицательно влияют на эксплуатационные свойства товарных масел. Основное назначение масел – смазка трущихся твердых поверхностей. Кроме того, они используются в других целях, например, для охлаждения и специальных технических целей.
Основными характеристиками масел являются: индекс вязкости, температура застывания, определение содержания серы и кокса.
Индекс вязкости — это относительная величина, показывающая степень изменения вязкости масла в зависимости от температуры в градусах Цельсия и определяющая пологость кривой кинематической вязкости от температуры. Можно сказать, что чем выше численное значение индекса вязкости, тем меньше вязкость масла зависит от температуры.
Вычисления проводили согласно ГОСТ 25371-97 «Нефтепродукты. Расчет индекса вязкости по кинематической вязкости».
Температура застывания — это температура, при которой масло практически полностью теряет текучесть. Температура застывания характеризует момент резкого увеличения вязкости при снижении температуры, или кристаллизации парафина вместе с повышением вязкости в такой степени, что масло становится твердым. Температура застывания смазочного масла зависит от его состава: чем больше в масле предельных высокомолекулярных углеводородов, тем она выше. Естественно, что чем ниже температура, при которой работают трущиеся части механизмов, тем ниже должна быть и температура застывания смазочного материала.
Исследования проводили согласно ГОСТ 20287-91 «Нефтепродукты. Методы определения температур текучести и застывания» (табл. 7). Сущность методов заключается в охлаждении образца до температуры, при которой образец остается неподвижным. Указанную температуру принимают за температуру застывания.
Определение содержания серы в нефтепродуктах является весьма важной задачей контроля качества. Для нефтепродуктов серосодержащие соединения являются очень вредной примесью. Они токсичны, придают нефтепродуктам неприятный запах, вредно отражаются на антидетонационных свойствах бензинов, способствуют смолообразованию в крекинг-продуктах и, главное, вызывают коррозию металлов.
Определение содержания кокса. Метод представляет собой модификацию первоначального термогравиметрического метода и аппарата для определения коксового остатка в нефтепродуктах.
Все нефтяные масла получают из мазута в три этапа:
Подготовка сырья – это получение исходных масляных фракций.
Получение базовых масляных компонентов из исходных масляных фракций.
Смешивание отдельных базовых масляных компонентов (компаундирование) и «сдабривание» их присадками для получения товарных марок масел.
Для получения масел, пригодных к применению при температурах от минус 15 до минус 30 ºС и даже более низких температурах, рафинаты селективной очистки подвергают депарафинизации. Это осуществляется путем кристаллизации твердых углеводородов при охлаждении раствора рафината в специально подобранном растворителе.
Практическая часть
Расскажу подробнее о проводимых мною измерениях:
Я брала пробу нефтепродукта и растворяла в неполярном растворителе, затем проводила разделение на адсорбционной стеклянной колонке, заполненной силикагелем. Десорбция фракций проводится последовательно с введением различного количества десорбирующего растворителя: н-гептан, бензол, спирто-бензол (1:1).
Перед проведением исследования, я убедилась, что соблюдены следующие условия:
- температура окружающего воздуха равна 25оС
- относительная влажность воздуха составила 80%
Я брала отобранную с установки деасфальтизации пробу гудрона в объеме 200см3. Заранее просушенный силикагель было необходимо засыпать в адсорбционную колонку, после этого в колбообразную верхнюю часть колонки я залила неполярный растворитель и оставила на час для смачивания силикагеля.
Из пробы нефтепродукта, отобранной по ГОСТ 2517, в стеклянный стаканчик вместимостью 50 см3 я отбирала навеску в количестве (7,5 ± 0,1) г с точностью до 0,0001 г, затем пробу растворяла в н-гептане (соотношении 1:3 по объему) до получения однородного раствора. Полученный раствор подвергался дальнейшему анализу. При загрузке в верхний резервуар колонки стаканчик и воронку дополнительно омывала 5 см3 н-гептана (раствор также заливается в колонку).
После завершения подготовки колонки по п. 9.3 и прохождения всего объема растворителя для смачивания (слой растворителя над силикагелем не должен быть меньше 0,2 см и больше 0,5 см) в верхний резервуар я заливала подготовленную пробу. Скорость вытекания жидкости была 2 см3 в минуту, и, периодически, во время всего измерения, с помощью секундомера регулировала её пипеткой с зажимом внизу колонки. Последующая десорбция растворителем была начата сразу же после прохождения залитого раствора анализируемой пробы. Отбор раствора фракций с низа колонки производился порциями в мерный стакан или цилиндр – первые 75 см3 (являются чистым растворителем - его можно использовать повторно), последующие фракции отбирались по 15 см3, при выделении тяжелой ароматики по 20 см3, а спирто-бензольной фракции по 20-30 см3. Затем фракции я переносила в пробирки для отгона растворителя, которые перед этим были пронумерованы и взвешены с точностью до 0,0001 г. Растворитель отгонялся через дефлегматор и воздушный холодильник на водяной бане при 50-60 °С под вакуумом, обеспечивающим спокойное кипение растворителя. Остатки растворителя отгонялись под более глубоком вакуумом при остаточном давлении 5-10 мм. рт. ст. в течение 5 минут. Пробирки с фракциями (после полного удаления из них растворителя) необходимо вытереть, охладить и взвесить с точностью до 0,0001 г. Каждой фракции определялся показатель преломления при 50 °С для желтой линии натрия на рефрактометре типа ИРФ-454Б с последующим пересчетом полученных значений на показатель преломления при 20 °С. Расчет проводился
по формуле:
n20D= ntD-α(20-t)
где n20D и ntD – показатель преломления при 20 °С и при температуре анализа, α – поправочный коэффициент, равный 0,0004 на 1 °С; t – температура анализа.
Показатель преломления каждой последующей выделяемой фракции постепенно увеличивается и после получения значения показателя преломления фракции выше 1,5310 при 20 °С (выше 1,5190 при 50 °С) определение показателя для последующих фракций не производился. Появление в носике внизу адсорбционной колонки и истечение спирто-бензольного раствора со смолистыми соединениями визуально определяется по наличию окраски. Обычно весь объем смолистых соединений присутствующих в образце нефтепродукта выходит с первыми 30-40 см3 спирто-бензольного раствора. Далее отбор фракций не производится (на основании анализа большого количества проб установлено, что далее уже выход фракций не происходит). Результаты в ходе анализа постоянно записывались, а по его завершению был составлен общий материальный баланс адсорбционного разделения.
Рис.1 Схема прибора для отгонки растворителя под вакуумом
Выводы:
В ходе данной работы были проанализированы продукты по всей цепочке переработки, было оценено изменение углеводородного состава.
Я определила основные физико-химические свойства, которые характеризуют изменение углеводородного состава, а именно индекс вязкости, температура застывания, определение содержания серы и кокса.
Ознакомившись с изменением углеводородного состава сырья для производства масел в ходе его переработки и облагораживания на примере технологической схемы ООО «Новокуйбышевского завода масел и присадок», я пришла к выводу о возможности использования целевого продукта в составе базовых масел.
Список литературы:
1. Шор Г.И. и др. - Факультатив «Производство и применение присадок к нефтепродуктам в новых условиях хозяйствования» - М., ГАНГ им. И.М. Губкина, 1996-43 с.
2. Бурлака В.Г., Рынок смазочных масел, Нефтепереработка и нефтехимия, М., 1998, №8.
3. Проблема совершенствования технологии производства и улучшения качества нефтяных масел. Сборник трудов. М.: Нефть и Газ, 1996. - 198 с.
4. Черножуков Н.И.«Технология переработки нефти и газа» Ч. 3-я, М., Химия, 1978 г.-424 с.
5. Боренко JI.B., Сайдахмедов Ш.М., Фукс И.Г. «Оперативная оценка возможности применения моторных масел в высокотемпературных условиях эксплуатации» «ХТТМ» №1. 1996, 40 с.