Пиролиз бензиновой фракции

Таблица 10 – Результат взвешиваний после перегонки (T = 630 °С)

№ колбы	Фракция	Масса колбы, г		Привес, г
		пустая	с фракцией
1	59-70°С	25,4	28,2	2,8
2	70-90°С (бензольная)	46,3	58,0	11,7
3	90-100°С	45,7	54,4	8,7
4	100-120°С (толуольная)	46,7	62,3	15,6
5	120-130°С	42,7	50,0	7,3
6	130-150°С (ксилольная)	38,5	51,0	12,5
7	150°С+	67,1

 

Масса пустой колбы равна m_колбы = 82,6 г.

Масса колбы со смолой равна m_{колбы со смолой} = 155,4 г.

Масса смолы равна m_смолы = m_{колбы со смолой} - m_колбы  = 155,4 -82,6=72,80 г.

Масса фракций  до 150°С  равна сумме масс фракций:

m_{фракций до150°С} = 2,8 + 11,7 + 8,7 + 15,6 + 7,3 + 12,5 = 58,6 г.

Масса фракции 150°С+  равна

m_{фракции 150°С+} =  m_смолы - m_{фракций до150°С} = 72,8 - 58,6 = 14,2 г.

 

12 Определение свойств бензольной, толуольной и ксилольной фракций

12.1  Определение плотности пикнометром

Сущность метода заключается в том, что пикнометр, с предварительно установленным «водным числом», взвешивают на аналитических весах и заполняют испытуемым нефтепродуктом. Затем пикнометр с нефтепродуктом помещают в водяную баню и выдерживают при 20⁰С в течение 20 минут, после чего взвешивают на аналитических весах и вычисляют плотность.

Пикнометр с  установленным "водным числом" взвешивают на аналитических весах. С помощью  пипетки или капиллярной воронки  пикнометр заполняют нефтепродуктом немного выше метки, стараясь не задевать стенки пикнометра и не допуская возникновения пузырьков воздуха. Пикнометр закрывают пробкой, погружают до горловины в водяную баню и выдерживают при температуре 20°С не менее 20 минут. Затем избыток нефтепродукта удаляют фильтровальной бумагой. Уровень фракции в пикнометре устанавливают по верхнему краю мениска. Пикнометр тщательно вытирают снаружи мягкой безворсовой тканью и взвешивают на аналитических весах.

"Видимую  плотность"  r¢ испытуемого нефтепродукта рассчитывают по формуле:

r¢ = (m₂ – m₁) / m,

где    m₂ – масса пикнометра с нефтепродуктом, г;

m₁ – масса пустого пикнометра, г;

m – "водное число" пикнометра, г.

"Видимую  плотность" испытуемого нефтепродукта r¢, определенную пикнометром, пересчитывают в относительную плотность r₄²⁰ по формуле

r₄²⁰ = [( 0,99823 – 0,0012 ) ∙ r¢ + 0,0012 ] + g ∙ (t – 20) =

= ( 0,99703 ∙ r¢ + 0,0012 ) + g ∙ (t – 20),

где     0,99823 – плотность воды при 20°С, г/см³;

0,0012 – плотность  воздуха при 20°С и давлении 760 мм рт. ст., г/см³;

 g – средняя температурная поправка.

Таблица 13– Результат  измерений плотности пикнометром (T = 630°С)

Фракция	Водное  число пикнометра	Масса пикнометра, г
		пустого	с фракцией
70-90°С (бензольная)	5,1889	7,6166	11,2075
100-120°С (толуольная)	5,7077	7,9091	12,0583
130-150°С (ксилольная)	5,1211	8,0212	11,8992

Видимые плотности  для бензольной, толуольной и ксилольной фракций соответственно равны (T = 630°С):

r¢_Бензол =  (11,2075 - 7,6166) / 5,1889 = 0,692 г/см³ ,

r¢_Толуол =  (12,0583 - 7,9091) /5,7077 = 0,727 г/см³ ,

r¢_Ксилол =  (11,8992 – 8,0212) /5,1211 = 0,757 г/см³ .

Относительные плотности для бензольной, толуольной и ксилольной фракций соответственно равны (T = 630°С):

ρ₄²⁰ _Бензол = (0,99703 ∙ 0,692 + 0,0012) + 0,000910 ∙ (20-20) = 0,691:

ρ₄²⁰ _Толуол =(0,99703 ∙ 0,727 + 0,0012) + 0,000857 ∙ (20-20) = 0,723:

ρ₄²⁰ _Ксилол = (0,99703 ∙ 0,757 + 0,0012) + 0,000818 ∙ (20-20) = 0,756.

 

12.2  Определение показателя  преломления

Принцип действия рефрактометра основан на явлении  полного внутреннего отражения  при прохождении светом границы раздела двух сред с разными показателями преломления.

 

1 – маховик  для наведения границы светотени; 2 – окуляр; 3 – маховик  для регулирования окраски граничной  линии; 4 – термометр; 5 – защелка; 6 – нижняя  камера с измерительной призмой; 7 – верхняя камера с осветительной призмой;

8 – штуцер  для подачи воды; 9 – штуцер  для отвода воды; 10 – зеркало  для освещения шкалы; 11 – зеркало  для освещения измерительной  призмы; 12 – заслонка; 13 – штуцер  для термометра; 14 – измерительная  призма

Рисунок 3 – Схема рефрактометра модели ИРФ – 454Б

По термометру 4 записываем температуру, при которой проводилось измерение. Если измерение проводилось не при температуре 20⁰С, а при другой температуре, то показатель преломления при температуре определения h^t_D необходимо пересчитать в показатель преломления при температуре 20⁰С h²⁰_D по формуле:

h²⁰_D = h^t_D – a ∙ (t – 20⁰),

где a – поправочный коэффициент на 1⁰С, равный 0,0004.

 

Таблица 16 – Результат  измерений показателей преломления (T= 630°С)

Фракция	Показатель преломления
	при t = 21,5°С	при t = 20°С
70-90°С (бензольная)	1,3934	1,3928
100-120°С (толуольная)	1,4089	1,4083
130-150°С (ксилольная)	1,4242	1,4236

 

Показатели  преломления h²⁰_D для бензольной, толуольной и ксилольной фракций соответственно равны (T = 630°С):

h²⁰_{D Бензол} = 1,3934 – 0,0004 ∙ (21,5 – 20) = 1,3928;

h²⁰_{D Толуол} = 1,4089 – 0,0004 ∙ (21,5 – 20) = 1,4083;

h²⁰_{D Ксилол} = 1,4242 – 0,0004 ∙ (21,5 – 20) = 1,4236.

 

12.2.1 Расчеты степени ароматизации

Под степенью ароматизации в процессе пиролиза понимается отношение показателя преломления продукта процесса к показателю преломления исходного сырья. По величине степени ароматизации можно судить о глубине реакции превращения нафтеновых и парафиновых углеводородов сырья в ароматические углеводороды, а также оценить степень «жесткости» процесса.

Степень ароматизации узких ароматических фракций, полученных в процессе, можно рассчитать по отношению их показателей преломления  к показателям преломления индивидуальных ароматических углеводородов –  бензола, толуола, ксилола.

Таблица 19 – Результат  измерений степени ароматизации  (T = 630°С)

Фракция	Показатель  преломления		Степень ароматизации
	опытный	литерат.
бензольная (70-90°С)	1,3928	1,5017	0,9275
толуольная (100-120°С)	1,4083	1,4969	0,9408
ксилольная (130-150°С ):
мета-ксилол	1,4236	1,4972	0,9508
орта-ксилол	1,4236	1,5083	0,9438
пара-ксилол	1,4236	1,5004	0,9488

 

13 Материальный баланс процесса пиролиза

 

При составлении материального баланса  процесса пиролиза выход бензольной, толуольной, ксилольной и промежуточной фракций на всю смолу пиролиза рассчитываем по пропорции, исходя из значений, полученных при перегонке смолы пиролиза.

13.1 Выход фракций процесса пиролиза при T = 630 °С

1) определение  выхода бензольной фракции

140,80 – х₁

72,80 – 11,7

где х₁ – выход бензольной фракции на всю смолу пиролиза, г.

х₁ = (140,8 ∙ 11,7) / 72,8 = 21,89 г.

2) определение  выхода толуольной фракции

140,8 – х₂

72,80 – 15,6

где х₂  – выход толуольной фракции на всю смолу пиролиза, г.

х₂ = (140,8 ∙ 11,7)/72,8 = 29,19 г.

 

3) определение  выхода ксилольной фракции

140,8 – х₃

72,8 – 12,5

где х₃ – выход ксилольной фракции на всю смолу пиролиза, г.

х₃ = (140,8 ∙ 12,5) / 72,8 = 23,39  г.

4) определение  выхода промежуточных фракций

140,8 – х₄

72,8 – 33,0

где х₄ – выход промежуточных фракций на всю смолу пиролиза, г.

х₄ = (140,8 ∙ 33,0) / 72,8 = 66,34  г.

Таблица 22 – Материальный баланс процесса пиролиза при T = 630°С

Взято	г	%	Получено	г	%   на сырье
Бензин  прямо- гонный	182,60	100,00	1.Газ	40,89	22,39
			2.Смола в т.ч.фракции:	140,80	77,11
			- бензольная (70-90°С)	21,89	11,99
			- толуольная (100-120°С)	29,19	15,98
			- ксилольная (130-150°С)	23,39	12,81
			- промежуточные (н.к. - 70°С), (90-100°С), (120-130°С), (150°С+).	66,34	36,33
			3.Кокс + потери	0,91	0,50
Итого:	182,60	100,00	Итого:	182,60	100,00

 

 

 

 

14 Обобщение результатов эксперимента

 

Таблица 25  –   Сводная таблица процесса пиролиза

 

Показатели	Значения
	t=630 °С
Выход, г
1  Газ	22,39
2 Смолы пиролиза в том числе	77,11
бензольная	11,99
толуольная	15,98
ксилольная	12,81
промежуточные	36,33
3 Кокс+ потери	0,5
Качество
1 Смолы пиролиза
1.1 бензольная
плотность при 20 °С	0,691
показатель преломления	1,393
степень ароматизации	0,9275
1.2 толуольная
плотность при 20 °С	0,723
показатель преломления	1,408
степень ароматизации	0,9408
1.3 ксилольная
плотность при 20 °С	0,756
показатель преломления	1,424
степень ароматизации
мета-	0,9508
орта -	0,9438
пара-	0,9488

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15 Вывод

В ходе лабораторной работы изучили технологию и продукты термического пиролиза в лабораторном масштабе.

Провели процесс пиролиза бензиновой фракции и качество продуктов.

 

С увеличением  температуры наблюдается:

• увеличение выхода углеводородного газа с 22,39% до 56,17%;
• уменьшение выхода узких фракций (бензольной, толуольной и ксилольной) с 77,11% до 41,13%;
• увеличение потерь и выхода кокса с 0,50%  до 2,70%;
• увеличение относительной плотности узких фракций (бензольной, толуольной и ксилольной);
• увеличение показателя преломления узких фракций (бензольной, толуольной и ксилольной);
• повышение степени ароматизации узких фракций (бензольной, толуольной и ксилольной).