Элементный состав нефти необходимо знать для правильного выбора метода переработки нефти, составления материальных балансов некоторых процессов.
Наличие в нефти серо- и кислородсодержащих соединений требует специальных установок очистки, поэтому необходимы сведения о содержании
в ней серы и кислорода. Серосодержащие соединения наиболее вредны как при переработке нефти, так и при использовании нефтепродуктов, поэтому содержание серы входит как показатель в ГОСТ на нефть.
Массовое содержание серы, кислорода и азота в нефти в сумме редко превышает 3-4 %. Однако на каждую единицу массы этих элементов приходится по 15 – 20 единиц массы углеводородных радикалов, поэтому на долю углеводородной части нефти приходится только 40 – 50 % от общей массы нефти.
Основную часть элементного состава нефти и нефтепродуктов составляют углерод (83 – 87 %) и водород (12 – 14 %). Их содержание, а иногда и соотношение необходимо знать для расчетов некоторых процессов. Например, процентное отношение массового содержания водорода к содержанию углерода показывает, сколько необходимо добавить водорода к сырью в процессе гидрогенизации (гидрокрекинга), чтобы получить желаемые продукты. Отношение содержания водорода к содержанию углерода в бензине равно 17 – 18, в нефти 13 – 15, в тяжелых фракциях 9 – 12.
|
|
При каталитическом крекинге происходит диспропорционирование водорода между продуктами реакции. В идеальном процессе крекинга (когда весь водород сырья переходит в бензин) из нефти можно получить 75 – 80 % бензина. В промышленных условиях за счет газообразования и химических реакций практический выход бензина снижается до 40 – 50 %.
Данные об элементном составе нефти и нефтепродуктов необходимы также для расчета таких процессов, как горение, газификация, гидрогенизация, коксование и др.
Сведения об элементном и структурно-групповом составах узких фракций масел и тяжелых остатков, из которых выделение индивидуальных соединений практически невозможно, позволяют значительно расширить представления о структуре веществ, входящих в эти фракции.
Элементный анализ на содержание углерода и водорода основан на безостаточном сжигании органической массы нефтепродукта в токе кислорода до диоксида углерода и воды. Последние улавливают и по их количеству рассчитывают содержание углерода и водорода. Необходимо, чтобы горение было полным (до образования Н2О и СО2), а продукты cгopания были очищены от оксидов серы, галогенов и других примесей.
Для определения содержания серы используют:
· ламповый метод (для анализа легких нефтепродуктов, ГОСТ 19121 – 73). Сущность лампового метода заключается в сжигании нефтепродукта некоптящим пламенем в специальной лампе и улавливании образовавшегося диоксида серы в адсорберах с раствором соды. Титрованием избытка соды раствором соляной кислоты определяют ее количество, пошедшее на связывание диоксида серы, и вычисляют содержание серы;
|
|
· метод сжигания в кварцевой трубке принципиально не отличается
от лампового, только образовавшийся в процессе горения диоксид серы окисляют пероксидом водорода до оксида серы;
· метод смыва конденсата при сжигании образца в калориметрической бомбе (для анализа средних и тяжелых нефтепродуктов). Метод заключается в сжигании нефтепродукта в специальном устройстве – калориметрическая бомбе, в которую предварительно помещают 10 см3 дистиллированной воды. После сгорания полученный раствор из бомбы переносят в колбу, подкисляют, кипятят для удаления СО2 и добавляют хлорид бария. Выпавший осадок сульфата бария выделяют, сушат и по его массе вычисляют содержание серы.
Содержание азота определяют:
· методом Дюма – основан на окислении нефтепродукта твердым окислителем оксидом меди (П) в токе диоксида углерода. Образовавшиеся
в процессе окисления оксиды азота восстанавливают медью до молекулярного азота, который улавливают и по его объему определяют количество азота в нефтепродукте;
· методом Кьельдаля – нефтепродукт окисляют концентрированной серной кислотой, из образующегося при окислении нефтепродукта сульфата аммония азот выделяют обработкой сульфата щелочью в виде аммиака, который улавливают раствором кислоты известной концентрации.
Содержание кислорода обычно определяют по разности между 100 %
и суммарным процентным содержанием всех остальных элементов. Это неточный метод, так как на его результатах сказываются погрешности определения всех элементов. Содержание кислорода также определяют гравиметрическим методом пиролиза нефтепродуктов в токе инертного газа в присутствии платинированного графита и оксида меди. О содержании кислорода в данном случае судят по массе выделившегося СО2.