Периодическая ректификация

Основное назначение периодической ректификации - определение состава нефти или нефтепродукта по ИТК или выделение определенной фракции из исходного образца. При периодической ректификации в отличие от непрерывной постоянно изменяются по времени следующие параметры процесса: состав и количество загруженного в куб вещества, состав получаемого ректификата, температура, и состав фаз по высоте колонны и флегмовое число. Это накладывает свои особенности на методику проведения анализа и в какой-то мере осложняет его воспроизводимость.

Для периодической ректификации используют аппарат ректификации нефти АРН-2, схема которого показана на рис. 7. Аппарат включает стальную ректификационную колонну диаметром 50мм и высотой 1016мм, заполненную насадкой в виде пружинок из нихромовой проволоки 12.

Нижний и верхний торцы колонны выполнены в виде сферических шлифованных поверхностей и к ним с помощью накидных гаек 2 и 10 прижаты ответные шлифы головки 6 и горловины куба 1. Металлическая головка имеет кран (К1) для регулирования количества отбираемых с верха колонны фракций в приемник 5. Между верхом колонны и кубом через ловушку 11 подключен дифференциальный манометр 14 для фиксации перепада давления на насадке, т. е. (косвенно) нагрузки колонны по пару и флегме. Вакуум-насос 15 подключен к приемнику 5 через систему трехходовых кранов, Для измерения температур имеется пять термопар (в кубе, наверху колонны и три - по высоте колонны на ее наружной поверхности), показания которых регистрируются потенциометром.

Рис. 2.3. Схема аппарата АРН-2:

1 - куб; 2, 10 - накидные гайки; 3 - буферная емкость; 4 - термопары; 5 - приемники фракций; 6 - головка; 7 - водяной манометр; 8 - приемник. газа; 9 - вакуумметр; 11 -ловушки; 12 - колонна с насадкой; 13 - нагреватели; 14-дифференциальный манометр; 15 - вакуум-насос; 16 - печь.

В нефти обычно содержится 0,5-2,0% растворенного газа (С1-С4), для его улавливания отключают верхнюю ловушку 11 и подключают баллон 8, заполненный рассолом. Сброс воды из баллона регулируют так, чтобы показание манометра 7 было близким к нулю (атмосферное давление). После того как поступление газа прекратится (по показанию манометра 7), систему приема газа отключают и вновь подключают ловушку 11. Обогрев куба регулируют так, чтобы температура верха колонны установилась через 1,5-2,0 часа после включения аппарата, и по падению первой капли в приемник отмечают температуру верха, соответствующую началу кипения по ИТК.

Далее процесс ректификации ведут (с помощью крана К₁ и обогрева печи) со скоростью 2*0-2,5 мл/мин или 3-4 мл/мин для исходной загрузки куба 1,9 и 3,0 литра соответственно и показании дифференциального манометра 10 от 50 до 100 мм. До 200°С фракции отбирают при атмосферном давлении, затем куб несколько охлаждают и переходят на остаточное давление 1,ЗЗкПа. Для этого включают насос и закрывают выход в атмосферу на столько, чтобы поддерживать в системе указанное давление. После отбора фракций до 320 °С давление вновь понижают до ОД 3-0,25 кПа и ведут процесс до первых признаков начала термического разложения остатка в кубе (повышается остаточное давление в системе и температура в кубе).

Пересчет температур, измеренных под вакуумом, на атмосферное производят по номограмме, приложенной к стандарту.

Многолетний опыт применения аппарата АРН-2 выявил ряд его недостатков, осложняющих пользование стандартом. Так, головка не позволяет контролировать количество орошения, возвращаемое в колонну, а устройство крана К1 затрудняет стабильный отбор фракций и создает дополнительный источник подсоса воздуха при вакуумной ректификации. Для устранения этого недостатка головка была заменена на стеклянную со специально разработанным узлом крепления (рис. 5.2). На верхний шлиф колонны 1 навинчен фланец 2, с при­варенными к нему четырьмя шпильками 3. К шлифу колонны 1 фланцем 5 с помощью шпилек 3 прижат переходник 4, имеющий в верхней части двойную стенку с воздушным зазором. Замена тяжелой накидной гайки стандартного АРН-2 таким подвижным узлом с двумя фланцами позволяет без особых усилий четырьмя болтами плотно затянуть и герметизировать верхнее соединение головки и колонны. К переходнику 4 через втулку 7 из термобензостойкой крепится головка 8 из термостойкого стекла, имеющая под втулкой 7 также двойную стенку. Это позволяет ослабить температурное воздействие на пробку и увеличить срок ее службы.

Головка включает тубус для термометра, холодильник, узел регулирования отбора фракций и контроля орошения. Узел регули­рования имеет сужение трубки, которое запирает игла 9, вращающаяся в верхней пробке 10. Такое устройство позволяет очень точно регулировать отбор фракций.

Избыток жидкости из головки возвращается в колонну по трубке 11 и капилляру 6. При этом уровень жидкости в мерной трубке 11 соответствует ее расходу (предварительно трубка та­рируется).

Второй недостаток АРН-2 - невозможность отбора фракции с температурой кипения выше 480°С для малосернистых нефтей и 440-460°С для сернистых нефтей из-за начинающегося термического разложения остатка в кубе. Помимо химического состава нефти, на это влияют следующие факторы:

длительное пребывание образца в кубе: 12-14 ч при загрузке 1,9л при большой высоте слоя жидкости в кубе;

высокая теплонапряженность стенок куба, обусловленная малой теплопередающёй поверхностью.

Авторами разработана и испытана конструкция куба АРН-2 (рис. 5.3), которая позволила в некоторой мере уменьшить эти недостатки.

Более мягкий тепловой режим нагрева жидкости в кубе и увеличенное зеркало ее испарения позволяют довести отбор фракций сверху колонны до 490-500°С для малосернистых нефтей и до 470-480 °С для сернистых.