1 Общие сведения о химическом и углеводородном составе нефти

По составу нефть представляет собой сложную смесь углеводородов (алканов, циклоалканов, аренов) и их неуглеводородных производных (соединений, содержащих помимо углерода и водорода атомы серы, кислорода и серы).

Из нефти вырабатывают всевозможные виды топлив (бензин, керосин, дизельное и котельное топливо), смазочные и специальные масла, пластичные смазки, парафин, технический углерод, битумы и другие товарные продукты.

Получаемые при переработке нефти лёгкие алканы и алкены, жидкие и твёрдые алкановые углеводороды, индивидуальные ароматические углеводороды представляют собой ценное сырьё для нефтехимического синтеза. Эти продукты используются для получения пластмасс, синтетических смол и каучуков, синтетических моющих средств, индивидуальных органических кислот, спиртов, альдегидов многих других продуктов.

Чтобы выяснить направление наиболее рациональной переработки нефти, необходимо детальное исследование её химического состава. Успех исследования нефти зависит от сочетания и последовательности методов её разделения и анализа.

В современных исследованиях нефтей и нефтяных фракций используются современные физико-химические методы:

- физические (определение плотности, вязкости, молекулярной массы, температуры кипения и др.);

- физико-химические (хроматография, спектрометрия, масс-спектроскопия и др.);

- химические (классические приёмы аналитической химии);

- специальные (определение октанового, цитанового чисел и др.

Аналитическая химия нефти решает задачи исследования химического состава нефтей и нефтепродуктов, задачи исследования физико-химических свойств углеводородов и других компонентов нефти и их влияния на свойства нефтепродуктов.

2 Определение основных свойств и состава нефтей и нефтепродуктов

2.1 Лабораторная работа №1: Определение молекулярной массы нефтепродуктов криоскопическим методом

Цель работы: Научиться определять молекулярную массу нефтепродукта криоскопическим методом с помощью термометра Бекмана.

Ι Теоретическая часть

Для нефтей и их фракций определяется средняя молекулярная масса, т.к. нефть и её фракции состоят из сотен (тысяч) углеводородов и их производных. Молекулярная (мольная) масса нефтяной фракции зависит от средней температуры кипения фракции и её группового химического состава.

Экспериментальное определение молекулярной (мольной) массы нефтяных фракций основано на правиле Рауля-Вант-Гоффа о прямой пропорциональности осмотического давления и мольной концентрации вещества в растворе. Осмотическое давление в свою очередь находится в прямой зависимости от таких величин, как понижение точки замерзания растворов и повышение точки кипения.

Для нефтяной фракции (нефтепродуктов) нашёл применение криоскопический метод, основанный на изменении температуры замерзания растворителя (бензола или нафталина) при добавлении к нему навески нефтепродукта.

Понижение температуры замерзания раствора (после добавления нефтепродукта) пропорционально его моляльной концентрации:

▲T=K*C_m , (1)

где К- криоскопическая постоянная растворителя (бензола) К=5,12

C_m –моляльная концентрация или моляльность раствора это

число молей вещества

кг растворителя и может быть записано следующим образом:

C_m = m * 1000 , (2)

M G

где m- навеска нефтепродукта,

М - его молекулярная масса,

G – навеска растворителя в г. (бензола).

Подставляя выражение (2) в уравнение (1) получаем:

▲T= K* m * 1000 , (3)

М G

Отсюда можно определить выражение для расчета молекулярной массы нефтепродукта:

М= К*m*1000 = 5,12*m*1000 , (4)

G*▲T ▲T* G

Помимо экспериментальных существуют расчетные методы определения молекулярной массы.

Формула Б.П. Воинова

М=G₀ +0,3t+0,001t² ,

где t-средняя температура кипения фракция, ^ºC

Формула Баш НИИ НП

М=(160-5К)-0,075t+0,000156К t² , з-0

где К- фактор парафинистости .

Формула Р. Херша

lg M=1,939_д436+0,0019764t+ lg(2,1500-n_д²⁰ ),

где n_д²⁰ – коэффициент лучепреломления.

Молекулярную массу смеси можно вычислить по формуле:

М_см = (m₁ + m₂ +…m_n)

m₁ / М₁ + m₂ / М₂ + m_n

M_n

где m₁m₂ … m_n –масса компонентов, кг

М₁ , М₂ … М₃ –мольная масса тех же компонентов

По этой формуле обычно вычисляют мольную массу нефти, если известны мольные массы полученных из неё дистиллятов.

Рис.2.1.1 Прибор для определения молекулярной массы

1. Термометр Бекмана.

2. Пробирка с проволочной мешалкой.

3. Пробирка-муфта.

4. Баня с охлаждающей смесью (вода + лед).

5. Мешалки проволочные.

6. Бензол.

ΙΙ Приборы и реактивы

1.Прибор для определения молекулярной массы.

2.Нефтепродукт в капельнице.

3. Бензол.

4. Охлаждающая смесь (вода+лёд).

5. Аналитические весы.

ΙΙΙ Методика определения

Ι этап. Настройка термометра Бекмана

Прибор настраивают на температуру замерзания чистого растворителя-бензола.

Порядок настройки:

1. Соединить ртуть в верхнем и нижнем резервуарах термометра через капилляр.

2 . Поместить термометр в баню с температурой на 2,5-3,0^ºC C выше температуры замерзания бензола (5,5^ºC), т.е. температура в бане должна быть ~ 8-8,5^ºC

3. Через несколько минут избыток ртути стряхнуть в верхний резервуар.

Количество ртути в нижнем резервуаре должно быть таким, чтобы при температуре 5,5^ºC конец ртутного столбика в капилляре находился в верхней части шкалы, между 4 и 5^ºC.

ΙΙ этап. Проведение анализа.

1. В пробирку (2) помещают термометр Бекмана и проволочную мешалку.

2. В пробирку наливают растворитель-бензол (взвешивают с точностью до 0,01 г.) в таком количестве, чтобы нижний резервуар термометра полностью находился в растворителе и не касался дна пробирки.

3. Пробирку с навеской растворителя помещают в муфту (3) и погружают в охладительную смесь (4) с температурой 2-3 ^º C. При постоянном перемешивании следят за понижением уровня ртути в капилляре. Вначале температура понижается ниже температуры застывания, затем температура начинает подниматься (вследствие выделения теплоты кристаллизации) и остается постоянной. Фиксируют эту температуру. Расплавляют кристаллы и вновь определяют температуру замерзания.

4. Затем в пробирку вводят навеску анализируемого вещества (из капельницы -10-12 капель по разности масс на аналитических весах) в граммах с точностью до 0,0001г.

5. После полного растворения навески нефтепродукта определяют температуру замерзания раствора.

Определение проводится два или три раза до получения воспроизводимых результатов. Молекулярную массу рассчитывают по формуле.

ΙV Лабораторный журнал

№	Масса, г		Температура замерзания, оС		Понижение температуры замерзания, оС	Молекулярная масса нефтепродукта
n/n	Бензол	Нефте- продукт	Бензол	Раствор нефтепродукта в бензоле		М=5,12*m*1000 ▲T* G
	G	m	Т1	Т2	▲T =Т1 – Т2