По лабораторной работе №1

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт Природных Ресурсов

Направление подготовки Нефтегазовое дело

Кафедра Бурение скважин

 

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №1

«Определение фракционного, углеводородного и группового составов и октанового числа продуктов превращения дистиллята газового конденсата Мыльджинского месторождения газохроматографическим методом»

(Название лабораторной работы)

 

по дисциплине: Химия нефтегазового дела

 

 

Выполнил студент: гр.2Б33

(Номер группы) (Подпись) (Ф.И.О.)

 

27 ноября 2014г.

(Дата сдачи отчета)

 

Отчет принял:

 

___________________________ ____________ Хомяков И.С.

(Ученая степень, ученое звание, должность) (Подпись) (ФИО)

 

_____ _____________ 20__г.

(дата проверки отчета)

 

 

Томск 2014 г.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Определить фракционный, углеводородный, групповой состав и октановое число продуктов превращения дистиллята газового конденсата Мыльджинского месторождения на цеолитных катализаторах газохроматографическим методом.

СУЩНОСТЬ МЕТОДА:

Превращение индивидуальных углеводородов и прямогонных нефтяных фракций на высококремнеземных цеолитах. К числу реакций углеводородов, протекающих на цеолитах, относятся реакции крекинга, изомеризации, олигомеризации, диспропорционирования и др. Наиболее подробно исследован крекинг парафиновых углеводородов на пентасилах. Процесс крекинга н-октана на пентасилах типа ЦВК можно представить следующей общей схемой:

Парафин ® «непредельные ® парафины и аромати- ® полициклические углеводороды,

фрагменты» ческие углеводороды кокс

Показано, что на пентасиле реакции перераспределения водорода и вторичные превращения олефинов идут с меньшей скоростью, чем на цеолитах другого типа. Относительная скорость крекинга парафинов снижается с уменьшением длины углеводородной цепи молекул (н-С7 > н-С6 > н-С5) и с увеличением степени разветвленности парафина (н-алкан > 2-метилалкан > триметилалкан > диметилалкан > этилалкан). По-видимому, скорость превращения различных молекул лимитируется скоростью их диффузии в поры цеолита, которая обусловлена размерами и формой молекул, причем длина молекул играет несколько меньшую роль, чем кинетический диаметр.

С повышением температуры различия в скорости крекинга парафинов разной структуры на таких цеолитах существенно уменьшаются. Предполагают, что в отличие от цеолитов первого поколения пентасилы обладают «динамичной» молекулярно-ситовой селективностью в отношении реагирующих молекул, в результате чего молекулы, кинетические диаметры которых различаются более, чем на 1 Å, могут с примерно одинаковой скоростью диффундировать в поры таких цеолитов.

Превращения циклоалканов на цеолитах семейства пентасила исследованы недостаточно. Имеются данные о возможности получения с высокими выходами ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилолов и других алкилбензолов) из циклогексана, циклопентана и метилциклогексана на цеолите типа ЦВК при 450 ºС в проточных и импульсных условиях. Независимо от исходного углеводорода во всех случаях образовывались одни и те же продукты в примерно одинаковых соотношениях. Сравнение с аналогичными данными для этилена и н-гексана позволило сделать вывод о протекании реакции низших олефинов, парафинов и циклопарафинов по одной и той же схеме через первоначальное расщепление исходного углеводорода на фрагменты С₂–С₄, адсорбированные на поверхности цеолита.

Высококремнеземные цеолиты зарекомендовали себя эффективными катализаторами реакций взаимных превращений ароматических углеводородов и их алкилирование. Наиболее важное значение имеет процесс селективной изомеризации м- и о-ксилолов в п-изомер. Показано, что цеолит ZSM-5 обладает очень низкой активностью в диспропорционировании диалкилбензолов и был совершенно неактивен в превращениях 1,2,4-триметилбензола, но проявляет высокую активность в изомеризации ксилолов, которая проходила селективно в сторону образования п-изомера.

Помимо изомеризации ксилолов на пентасилах селективно проходит реакция диспропорционирования толуола в бензол и ксилолы, хотя эта реакция протекает с меньшей интенсивностью, чем изомеризация, а селективное образование п-ксилола наблюдается либо при модифицировании цеолита различными добавками, либо при снижении конверсии толуола путем изменения условий реакции.

Таким образом, в области температур, превышающих 300 ºС, возможные каталитические превращения органических соединений на кислых формах цеолитов можно свести к следующим типам:– расщепление С–Н, С–С связей в парафинах и С–ОН связей в кислородсодержащих соединениях (в частности, в метаноле или диметиловом эфире) с образованием олефинов;

– перераспределение водорода в олефинах с образованием парафинов и ароматических углеводородов;

– превращения углеводородов, ведущие к образованию глубокодегидрированных соединений – предшественников кокса.

Для получения искусственных высокооктановых топлив особенно важны реакции изомеризации углеводородного скелета и перераспределения водорода в ненасыщенных соединениях. Вероятно, последний процесс на цеолитах осуществляется через стадии алкилирования ненасыщенных углеводородов олефинами, последующего отщепления насыщенного фрагмента (парафина) и образования еще более дегидрированного остатка: ароматического (десорбируемого) или полициклического (недесорбируемого) соединений.

Таким образом, синтез ароматических и парафиновых углеводородов на цеолитах должен идти одновременно. Их теоретическое весовое соотношение в продуктах реакции – примерно 0,6-0,4, что и наблюдается экспериментально. Этот процесс описывается следующим обобщенным уравнением:

В случае маршрута (2) катализатор быстро теряет свою активность, тогда как маршрут (1) – именно тот вариант, к которому нужно стремиться при создании стабильных катализаторов, так как в этом случае катализатор не отравляется коксом, а продукты реакции содержат ароматические углеводороды – компоненты высокооктановых бензиновых фракций.

Этап, на котором заканчивается реакция перераспределения водорода (появление недесорбируемых соединений – маршрут (2) – или образование смеси ароматических и парафиновых углеводородов – маршрут (1)), должен определяться химическим составом и концентрацией активных центров в цеолитах.

Определение состава продуктов превращения дистиллята на цеолитах осуществляется также с помощью пламенно-ионизационного детектора (ДИП).

Определение состава дистиллята с помощью пламенно-ионизационного детектора (ДИП). Принцип его действия основан на ионизации молекул анализируемых органических соединений в водородном пламени с последующим измерением ионного тока. Сигнал детектора прямо пропорционален количеству анализируемого вещества, поступающего в него в единицу времени. Для работы ДИП необходимы следующие газы: водород, который смешивается с элюатом и сгорает при выходе из горелки, и воздух, обеспечивающий горение водорода. воздух вводится и с помощью диффузора поступает к горелке. Сгорая в воздухе, водород почти не образует ионов, поэтому электропроводность чистого водородного пламени очень низкая (сопротивление пламени 1014Ом) и ток в цепи чрезвычайно мал (10-11– 10-12 А). Этот ток называют фоновым. Как только в водородное пламя попадают органические соединения, они (или продукты их горения) легко ионизируются, в результате чего электропроводность пламени резко возрастает. В цепи двух электродов возникает ионный ток, сила которого зависит от количества молекул органического вещества, поступающих в пламя вместе с водородом в единицу времени. Этот ток очень мал; он увеличивается усилителем и подается на самописец.

Для зажигания пламени в горелке есть специальный элемент, находящийся рядом с ней. Чтобы пламя в детекторе не погасло, имеется автоматическая система зажигания пламени, его контроля и сигнализации. Работа пламенно-ионизационного детектора зависит от правильного выбора скоростей газов. Потоки водорода со скоростью 500 мл/мин, воздуха 250 мл/мин и газа-носителя 50 мл/мин обеспечивают равномерное горение с образованием пламени между двумя электродами. Пламенно-ионизационный детектор обладает большой чувствительностью и малой инерционностью. Особенно широко применяется этот детектор в работе с капиллярными колонками и колонками малого диаметра, так как позволяет брать очень малые пробы. Недостатки пламенно-ионизационного детектора: применим только для анализа горючих веществ; не чувствителен к воде, муравьиной кислоте, воздуху, инертным газам, а также к газам и парам CS2, H2S, SO2, NO, NO2, N2O, CO, CO2, SiCl4, SiF4 и др.