原油及其各馏分的性能评价实验16k.doc

化学工程与工艺专业实验（石油加工、石油化工方向）西安石油大学化学化工学院化工系2009年7月实验一 原油蒸馏试验（参考GB/T 172801998）1 概说本方法适用于原油及除液化石油气、很轻的石脑油和初馏点高于400以上石油馏分外的石油混合物。原油蒸馏在以前习惯上叫原油实沸点蒸馏，是评价原油质量和价值的一种试验方法。原油蒸馏试验装置通常多采用间歇式的釜式设备，分离效果比工业装置要好。原油在这种装置中按沸点高低被分割成许多窄馏分，提供原油不同沸点范围馏分的收率，由此也可得到原油的实沸点蒸馏曲线；蒸馏所得窄馏分可以相互调配成不同沸点范围的宽馏分，以便进一步分析和评价产品质量；也为制定原油切割方案和进行炼油过程工艺设计计算提供必要的数据。原油蒸馏可分为两部分进行：第一部分是常压蒸馏，第二部分是减压蒸馏，在减压蒸馏中又可有残压为100mmHg、10mmHg、5mmHg、2mmHg的减压蒸馏和残压为2mmHg、不用分馏柱的克氏蒸馏。本实验只进行常压蒸馏和10mmHg的减压蒸馏。本实验预习要点是：控制柜面板上各部分的功能及使用方法（见附二）。常压蒸馏时对分馏柱内外温差、馏出速度和压差的要求及调整方法。减压蒸馏时对冷却水温度的要求。减压蒸馏开始对抽真空和结束时放空及停真空泵的操作步骤和要求。减压蒸馏时对馏出速度和压差的要求及减压蒸馏时接取馏分的方法。2 仪器、材料和试样. 原油蒸馏装置：1套，包括蒸馏系统和控制系统两大部分（详见附一和附二）。. 恒温水浴：1 台，带循环水装置。. 具塞量筒：200250，15个。应清洁、干燥。.4 蒸馏烧瓶：1000ml，1个。应清洁、干燥。. 空气压缩机：1台。.6 铝壶：1个。. 石油醚：6090，化学纯，200ml。. 试样：原油，含水量应小于0.5，否则要先脱水（脱水方法见附录一）。3 方法和步骤3.1 装置检查：根据图2-1-1、图2-1-2和附二检查并熟悉全装置的各部分，注意其各部连接是否正确。然后插上电源，按下控制柜面板上的“开机关机”钮，使整个装置通电，并按照附二的部分的说明进行计算机控制系统的自检，同时检查打印机使其处于联机状态（参见附四的部分）。3.2 装置试漏：将加油口（30）、压油口（34）、加液口（21）上的螺帽（内衬垫片）上紧，并将加油口（30）上的支管封好，使活塞（13）、（14）、（16）处于关闭状态，而使活塞（8）、（12）、（17）、（19）、（25）、（46）和调压阀（4）处于开启状态。然后将控制柜面板上的“泵开泵关”钮按下，真空泵启动，这时逐渐关闭调压阀（4），根据控制柜面板上的压强显示窗口的示值使系统残压达到98mmHg。如果达不到则要停泵检查处理，并再次试漏，直到达到；如可达到，则先逐渐打开调压阀（4），到系统恢复常压后再停泵，试漏结束。3.3 加入试样：用铝壶从加油口（30）向蒸馏釜内加入原油约4500，采用减重法（称准至1），并进行记录。加完后随即清洁加油口和上紧螺帽（内衬垫片）。注意：若原油在常温下为凝固或半凝固状态，可将原油装入铝壶后进行加热（用水浴方法），但加热温度不得高于原油倾点5左右。3.4 常压段蒸馏3.4.1 将具塞量筒进行编号和称重（称准至0.1），并记录。3.4.2 按一下控制柜面板上的“复位”钮，使计算机复位，也就是进入暂停状态（这时面板上的计算机显示窗口显示出“AF”或“HF”，参见附二的1和1部分）。3.4.3 设置打印记录的时间，即现在操作时的时间。（具体操作见附三）3.4.4 设置本段蒸馏的汽、液相最终温度和操作压力（参见附二的4和4部分）：通过汽相温度设定拨盘设定汽相最终温度为210。通过液相温度设定拨盘设定液相最终温度为310。通过压力设定拨盘设定操作压力为760mmHg。3.4.5 设定加热功率（参见附二的4部分）：将釜加热功率设定拨盘、分馏柱上段和下段保温加热功率设定拨盘分别先调到较小的数字（3以下）上，以后再根据温升情况和馏出速率进行调整。3.4.6 检查调压阀（4）和活塞（8）、（12）、（13）、（25）应处于开启状态，以确保系统通大气（常压），检查活塞（17）、（46）也应处于开启状态，以使压力测试装置与系统相通，并关闭活塞（19）。接好自回流头（22）下部进入、至馏分接受器（15）上部出来的冷却水管（用自来水）。3.4.7 按一下控制柜面板上的“暂停恢复”钮，并使“手动自动”钮处于按下位置，这时计算机显示窗口显示为“HC”，表示计算机系统进入“恢复”和“手动”状态。接着按一下“*9”这组键，打印机打印出初始格式。（参见附二的1、1和2部分）。3.4.8 将控制柜面板上的“加热开关”置于“开”的位置，这时釜加热电炉（31）、分馏柱上、下段保温加热装置（27）、（28）开始工作。接着按一下数字键“2”，打印下此时的时间和各数据（参见附二的部分）。此后通过温度显示窗口、和“显示转换”钮及“#”键来观察各处的温度变化情况（参见附二的3部分），并通过三个加热功率设定拨盘调整加热强度，注意使分馏柱内部温度保持上升趋势，并使分馏柱内外温差保持在5以内（柱外温度应高于柱内同层温度），蒸馏釜内液相升温速度约为35/min。当分馏柱上段内部温度开始上升时接通冷却水。3.4.9 当汽相温度开始上升时，关闭活塞（25）进行塔内平衡约20分钟。3.4.10 慢慢打开活塞（25），注意观察初馏点。当馏出冷凝管（11）中出现汽体并在管端斜口处滴下第一滴液体时，立刻分别按一下数字键“4”和“2”，打印下初馏点标志和此时的各数据（参见附二的2部分），此时的汽相温度即为试样的初馏点。3.4.11 按动“手动自动”钮，使其处于释放位置，这时计算机显示窗口显示为“AC”，表示分馏柱保温处于计算机自动控制状态。3.4.12 从储馏器（20）中观察馏出速度，通过釜加热功率设定拨盘调整釜加热强度，使馏出速度控制在0.52ml/min左右（开始小一些，以后逐渐加大）。3.4.13 馏出速度调节好后，或在汽相温度达到55（即切割点前10）时，打开活塞（19），使馏出物转到馏分接受器（15）中。在蒸馏过程中要注意压差情况，应以能逐渐缓慢上升为正常，最高到67 mmHg。若上升太快或陡升，应减小釜加热功率。3.4.14 当汽相温度到达65时，关闭活塞（19），同时分别按一下数字健“4”和“2”，打印此馏分的切割点标志和此时的各数据。打开活塞（16），用一个编好号、称过重的具塞量筒接取此馏分，接取完后，关闭活塞（16）。称出此馏分的重量（称准至0.1，后同）并记录。3.4.15 重复3.4.123.4.13的操作，只是馏出速度改为控制在46ml/min。在汽相温度到达95、120、150、170、190时，分别按3.4.14的操作打印数据和接取馏分，并记录各馏分的重量（可用一个量筒接取数个馏分，用增重法计算各馏分的重量）。3.4.16 保持馏出速度在46ml/min。在汽相温度到达本段蒸馏的最终温度210的前5时停止蒸馏釜加热（即将釜加热功率设定拨盘调到数字0上），并打开活塞（19）。这时由于加热惯性塔内温度继续上升，当到达210时关闭活塞（25），同时分别按一下数字键“2”和“5”，打印下常压段蒸馏终点时的各数据和段切割点标志，然后按一下数字键“3”，让打印机打印出常压段蒸馏曲线图（参见附二的2部分）。打开活塞（16），取出本段蒸馏的最后一个馏分，称重并记录。注意：在蒸馏过程中液相温度不能超过310。如果在汽相温度尚未到达210时，液相温度已先到达310，则也做为蒸馏终点已到而按本条进行操作，结束本段蒸馏。3.4.17 迅即降下釜加热电炉（31），让蒸馏釜冷却，并关闭冷却水，将“加热开关”置于“关”的位置，常压段蒸馏结束。4 记录和结果4.1 记录自己设计表格，将试样重量、各馏分的温度范围（AET）及其重量和体积、残留物的重量及损失量列入表中。4.2 结果4.2.1 计算各馏分及残留物、损失量占试样量的重量百分数及总收率，并列入4.1的表格中。4.2.2 以馏出温度为纵座标、馏出重量百分数为横座标，绘制实沸点蒸馏曲线。5 讨论（内容和要求参见前言部分）图 2111真空泵 11馏出冷凝管 21加液口 29填料 37分馏柱下段柱 43油气过滤器2框架 12活塞 22回流头 30加油口（釜 外温度感器 44塔底压力传感器3缓冲瓶 13活塞 23冷却水入口 侧馏出口） 38分馏柱下段柱 45塔顶压力传感器4调压阀 14活塞 24馏出管 31釜加热电炉 内温度传感器 46活塞5干燥塔 15馏分接受器 25活塞 32升降架 39分馏柱 47捕集瓶6储液瓶 16活塞 26通气考克 33蒸馏釜 40分馏柱上段柱 48调整电极图 212 14 实验二 石油产品馏程的测定（参考GB 25577）1 概说本方法适用于测定发动机燃料、溶剂油和轻质石油产品的馏分组成。它是一种间歇式的精馏作用很差的渐次汽化蒸馏过程，又称恩氏蒸馏。石油产品是烃类和非烃类的复杂混合物。它被加热蒸馏时，沸点较低的组分最先汽化馏出，此时的气相温度称为初馏点。在不断加热的情况下，蒸出来的组分的沸点由低逐渐升高，直到绝大部分组分被蒸馏出来为止，此时的气相温度称为终馏点或干点。初馏点到终馏点代表油品的沸点范围，称为沸程或馏程。 馏程是油品的重要质量指标，在生产中是控制操作条件的基础依据，又是工艺设计计算的重要基础数据。不同的方法测得的油品馏程是有差别的，因而测定馏程时必须严格按照规定方法进行。不同油品的馏程测定在具体方法上有些差别（讲义中有简单的注明，详见GB25577石油产品馏程测定法）。本实验测定的是直馏汽油的馏程。本实验预习要点是：馏程的定义，初馏点和干点的定义。实验仪器安装的要求（温度计、蒸馏烧瓶、量筒等）。实验时对蒸馏速度的要求。需要记录的实验数据及结果处理。气压计的使用方法。2 仪器、材料和试样2.1 石油产品馏程测定器：1套，符合GB51588技术条件。2.2 蒸馏用温度计：1支，符合GB51483技术条件。2.3 普通温度计：1支，0100。2.4 蒸馏烧瓶：2个，符合GB51588技术条件，应清洁干燥（若瓶底稍有积炭，其对蒸馏无影响，且可防止突沸，故可不必除去）。2.5 量筒：100ml、10ml各1个，应清洁干燥。2.6 细铁丝：1根，长约650mm。2.7 脱脂棉：若干。2.8 试样：直馏汽油，不含水（如有水时应先脱水）。3 方法和步骤图 221仪器装配如图2-2-1。3.1 将水槽下部进水支管的开关关上，然后在水槽中装满冰块或雪，再加入冷水至排水支管的高度。为保证油蒸气全部冷凝，蒸馏时水槽中的温度必须保持在05。 注：测试其它油品时，对水槽中的温度要求随不同油品而有所不同。图 2223.2 用100ml量筒量取203的试样100ml，体积按凹液面的下边缘计算。将试样注入蒸馏烧瓶中，此时应注意使蒸馏烧瓶的支管向上，以免使试样从支管中流失。3.3 向蒸馏烧瓶中放入数粒无釉碎瓷片或封口的玻璃毛细管，以免蒸馏时产生突沸（如烧瓶底部有少量积炭，则不必加了）。3.4 在蒸馏烧瓶口上塞上插有蒸馏用温度计的软木塞，使温度计与蒸馏烧瓶的轴心线相重和，并使温度计水银球的上边缘与蒸馏烧瓶支管焊接处的下边缘在同一水平面上，如图2-2-2所示。注意使温度计刻度朝向操作者。3.5 用缠在细铁丝上的棉花擦拭冷凝管的内壁，以除去上次蒸馏遗留的液体或空气中冷凝下来的水分。（方法是将细铁丝未缠棉花的一端由冷凝管上端插入，当其从冷凝管下端穿出时，即由此将细铁丝连同另一端缠的棉花一起拉出来。注意所缠的棉花的量要合适，太多会堵住管口拉不过来，太少则不能将内壁擦拭完全）。3.6 将装有试样的蒸馏烧瓶安放在30mm孔径的垫板上。蒸馏烧瓶支管用胶塞与冷凝管上端相接。支管插入冷凝管内长度为2540mm，注意不要与冷凝管内壁相接触。安装时注意切勿折断了支管。 注：测试不同油品时，所用垫板的孔径大小和形状有所不同。3.7 将量取了试样的量筒放在冷凝管下端，以接收蒸馏出来的液体。冷凝管进入量筒的长度不少于25mm，但也不低于量筒100ml的标线，并注意使冷凝管下端不要接触量筒内壁，以便观察初馏的第一滴液体下落。量筒口部用棉花塞好，以减少轻组分的挥发和防止冷凝管上凝结的水珠落入量筒中。量筒要处于203的环境中。3.8 在塞子连接处均涂上火棉胶密封。火棉胶涂得越薄越好，以免引起拆卸困难。3.9 将罩子缺缝处的小门打开，将缺缝对准蒸馏烧瓶支管的方向，把罩子从蒸馏烧瓶上部向下套入罩住蒸馏烧瓶，并将缺缝处的小门关上。3.10 检查仪器安装合乎要求后，先记录大气压力(方法如附一)，然后接通仪器的电源，打开电源开关，调节电流，开始加热，同时记录时间。调节电流大小要使加热能满足下面要求：从开始加热到落下第一滴馏出液的时间为510分钟。记录第一滴馏出液滴入量筒时蒸馏烧瓶上温度计指示的温度作为初馏点，并记录此时的时间。（假如第一次未能掌握好这一时间，不要半途而废，继续进行蒸馏并记录数据，为第二次测试打好基础）。3.11 得到初馏点后，移动量筒，使其内壁与冷凝管下端接触，让冷凝液沿量筒壁流下，以便读取馏出液体积。此后，蒸馏速度要均匀，控制在每分钟馏出45ml（即每馏出10ml用22.5分钟）。如开始时馏出速度过快，可将电流适当调小，随着馏出物沸点不断升高，可逐渐加大电流。 注：测试重柴油时，蒸馏速度要求有所不同。3.12 每馏出10 体积（即10ml）时记录一次温度和时间。 注：一般馏程测定都是测试馏出某百分数体积时的温度，但也有要求测试在某温度时馏出的百分数体积的。这要根据所测试样的技术标准的要求来定。3.13 当馏出液达到90ml时，立即最后一次加大电流，要求在35分钟内达到干点。记录达到干点的时间和干点。干点定义为温度计的水银柱在继续加热的情况下停止上升而开始下降时的最高温度。注：实际工作中根据油品技术标准的要求，有的馏程测定不要求测得干点，而只要求测得终点即可（如馏出95、96、98等）。此时对最后的加热速度要求和干点时有所不同，且因油品不同而有所差异。3.14 到达干点后，立即停止加热，让冷凝管中液体流出5分钟后，记录量筒中的馏出液体积。3.15 记录以上各数据时，所有读数都要精确到0.5ml、1和1秒。3.16 取下罩子，让蒸馏烧瓶冷却5分钟后，将加热电炉降下离开蒸馏烧瓶，从冷凝管上卸下蒸馏烧瓶，取下瓶塞和温度计。将蒸馏烧瓶中的残留物仔细倒入10ml的量筒中，待冷却到203时，记录残留物体积，精确至0.1ml。蒸馏烧瓶支管中的液体也倒入这个量筒中。3.17 试样100ml减去馏出液和残留物的体积，所得之差值就是蒸馏的损失量。3.18 将残留物倒入回收容器中。用馏出液涮洗蒸馏烧瓶和10ml量筒23次，并将涮洗液和剩余的馏出液分别倒入相应的回收容器中。将100ml和10ml量筒吹干待用。3.19 待加热电炉温度降至室温时，用另一个蒸馏烧瓶再重复做一次实验。4 记录和结果4.1 记录自己设计表格，将两次实验时的大气压力和测得的初馏点、干点、馏出各相应百分数体积时的温度、时间以及最后得到的馏出液量、残留物量、损失量填入表格中。 注：国标规定，重复测定的两个结果间允许的差数，初馏点为4，干点和中间馏分为2和1ml，残留物为0.2ml。4.2 结果4.2.1 蒸馏时大气压力如在99.99kPa（750mmHg）102.66kPa（770mmHg）以外时，需对馏出温度进行压力修正。先按式（1）计算修正数C：C0.00012（760p）（273t）（1）式中：C修正数，； p实际大气压力，mmHg； t大气压力p时的馏出温度，。再按式（2）求出修正后的馏出温度t0：t0tC （2）本实验只对初馏点和干点进行修正。4.2.2 试样的馏程用重复测定的两次结果的算术平均值表示。5 讨论（内容和要求参见前言部分）实验三 石油产品闪点的测定（闭口杯法）（参考GB 26183）1 概说本方法适用于测定煤油、柴油、润滑油的闪点。油品液面上方的油蒸气浓度随温度的升高不断增加，当达到某一温度范围时，油蒸气浓度也达到其爆炸范围。这时若有火焰接触此油蒸气和空气的混合物，就会发生闪火，即微小爆炸。我们把产生这种现象的最低温度称为石油产品的闪点。根据石油产品的性质和使用条件，对石油产品闪点的测定可采用闭口杯法和开口杯法。通常蒸发性较大的轻质石油产品以及在密闭条件下使用的润滑油，其闪点多用闭口杯法测定，而对于多数润滑油及其它重质油，由于是在非密闭条件下使用，其闪点一般都采用开口杯法测定。具体采用哪种方法在油品的技术标准中都有规定。闭口杯法是将油品装在特制的闭口杯中，在规定的条件下加热，进行闪点测定的一种方法。油品的闪点可以用来判断其在储存、运输和使用中的安全性，因为闪点是火灾危险可能发生的最低温度，从而可以确定各种相应的防火安全措施。油品的闪点还反映了馏分组成的轻重情况，是油品的质量指标之一。由于油品的闪点与油品液面上方的油蒸气浓度有关，而油蒸气的浓度除了与油品本身的化学组成有关外，还与加热速度、蒸发空间的大小有关，同时闪点还与外部火源的情况（大小、距离、停留时间等）有关，因此油品的闪点是一个条件性很强的指标，必须严格按照国家标准规定的方法进行测定。本实验预习要点是：对升温速度的控制要求。进行点火试验时的步骤和方法。气压计的使用方法。2 仪器、材料和试样2.1 闭口闪点测定器：1套，符合SY320582技术条件。其结构示意图见图。2.2 闭口闪点用温度计：1支，符合GB51483技术条件。2.3 防护屏：1副，用镀锌铁皮制成，高度550650mm，宽度以适用为宜。2.4 液化汽：1瓶（共用），作为外部火源用燃料。2.5 火柴：1盒。2.6 试样：柴油，预计闪点为 （实验时由教师提供），含水不得大于0.05%（若含水超过时，必须先脱水）。3 方法和步骤3.1 参照图2-3-1了解闭口闪点测定器的结构和使用方法。图 2313.2 从气压计上读出现在的大气压力，并记录。3.3 取下闭口闪点测定器空气浴中的油杯，向杯中注入试样到杯内的环状标记处，然后放回到空气浴中，盖上杯盖，插上闭口闪点用温度计。 注：测定闪点低于50的试样时，空气浴应预先冷却到室温（205）。3.4 旋紧点火器调节螺丝使点火器关闭，然后打开液化汽瓶及管路上的开关，送入液化汽。先将点火管引火点燃，通过调节管路上的开关使其火焰不要太大，做为常备火源使用，然后旋开点火器调节螺丝使液化汽送入，用点火管的火焰引燃点火器，并通过点火器调节螺丝将其火焰调整到接近球形，直径为34mm。在引燃点火管时要做到“火等汽”，即先将火柴点着放在点火管口上，再旋开管路上的开关将液化汽送入引燃。第一次引燃点火管时可使用酒精灯，以减少多次划火柴的麻烦。因为在刚开始引燃点火管时，由于管路中混有空气，往往不易点燃。可先将酒精灯点着，以后只需将火柴在酒精灯上燃着就行了，在点火管的火焰调整好后即可将酒精灯熄灭。以后若点火管火焰熄灭了，就可以直接划火柴来引燃了。千万不可用酒精灯直接去引燃点火