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重烃类混合物蒸馏试验方法 (真空釜式蒸馏法)

发布时间:2021-08-26      点击次数:495

1范围

1.1本标准适用于初馏点高于150C的重烃类混合物,如重质原油.石油馏分、渣油及合成油的蒸馏过程。在全密闭条件下,使用一个带有低压降募沫分离器的蒸馏釜进行操作。本标准对蒸馏条件和装置的外观及尺寸都作了规定,并且对特别部件作了图示。

1.2本标准不仅可以制备标准质量的渣油试样,而且可以制备标准质量的粗柴油和润滑油馏分试样,整个蒸馏过程在本试验方法中都作了详细的叙述。另外,由本试验方法得到的用于绘制标准蒸馏曲线的切割温度(AET-常压下相应的温度,下同)可能是用常规蒸馏方法所能得到的最高温度。

1.3 切割温度(AET)最高能达到565C。 最高切割温度与试样的加热极限有关。

1.4切割点在400C之前原油的蒸馏推荐使用GB/T17280试验方法。本方法仅适用于初馏点高于150℃的重油。这两种蒸馏得到的蒸馏曲线和馏分性质不可直接比较。

1.5 本标准采用法定计量单位(括号内单位供参考)。

1.6本标准涉及某些有危险性的材料、操作和设备,但是无意对与此有关的所有安全问题都提出建议。因此,用户在使用本标准之前应建立适当的安全和防护指施并确定有适用性的管理制度。

2引用标准

下列标准包括的条文,通过引用而构成为本标准的-部分。除非在标准中另有明确规定,下述引用标准都应是现行有效标准。

GB/T 1884石油和液体石油产品密度测定法(密度计法)

GB/T 1885石油计量表

GB/T 4756石油液体手工取样法

GB/T 9168石油产品减压蒸馏测定法

GB/T13377原油和液体石油产品密度或相对密度测定法(毛细管塞比重瓶和带刻度双毛细管比重瓶法)

GB/T 17280原油 蒸馏标准试验方法

3术语

本标准采用下列术语。

3.1蒸发速率boil-up rate

单位时间进入蒸馏头的蒸气量。

注:燕发速率大约与馏出速率相等,兼值是由热损失造成的。燕发速率在给定蒸儡头内径时,一般用mL/h表示,有时为了便于比较,也用ml./(hcm2)表示。

3.2冷凝器condenser

与蒸馏头的出口连接,馏出物在这里被冷凝。

3.3蒸馏釜distillation flask

蒸馏釜由玻璃或金属制造,试样在其内部沸腾。

注:蒸馏釜有时被称为蒸馏烧瓶或蒸馏罐。

3.4蒸馏头disillation head

直接与蒸馏釜相连接的部分,内置雾沫分离器。

3.5蒸馏压力(或操 作压力) disillation pressure (or operating pressure)

测量部位位于蒸馏头与接收器连接处的压力。

3.6蒸馏温 度(或蒸气温度) disillation temperature (or vapor temperature)

测量部位位于蒸馏头内测量点处的温度。

3.7装料量loading

与蒸馏釜颈部横截面积有关的装料体积。

3.8压力降pressure drop

操作压力与蒸馏釜之间的压力差值。

注:这是由于蒸气通过系统产生摩擦造成的结果。单位ikPa(mmHg)。

3.9溢流点spillover point

蒸馏头内雾沫分离器之上蒸气能够移向冷凝部位的位置。

3. 10静滞留量(或附着量) static held-up (or wettage)

蒸馏过程完成后,残留并附着在蒸馏仪内璧上的液体物质的量。

注:在本试验方法中,使用钢质蒸馏釜,其静滞留量包含蒸馏釜内的附着物;使用玻璃质蒸馏釜,则应在蒸馏完成后扣除。

3.11馏出速率take-off rate

单位时间馏出产品的量。

注:大约与蒸发速率相等.差别在于蒸馏头的附加热损失。

4方法概要

4.1将一定体积的试样 在绝对压力为6.6~0.013 kPa(50~0. 1 mmHg)和规定的蒸馏速率下进行蒸馏,并按预选温度切割馏分。记录蒸馏过程中每个切割点的蒸气温度、操作压力和其他变量。

4.2称取每个馏分的质量,并从每个馏分的质量和总回收质量计算出每个馏分的质量收率。

4.3测定每 个馏分的密度,计算出每个馏分在15C或20C时的体积,并计算出每个馏分的体积收率。

4.4使用4.2和 4.3的计算结果.绘制出切割温度对馏分的质量百分收率或体积百分收率或二者兼有的蒸馏曲线。

5意义和用途

5.1本标准是指 导炼油厂或贸易商表征重烃类混合物特性的试验方法之-,它提供了估算不同沸点范围馏分收率的方法。

5.2本试验方法得到的馏分可以单独或和其他馏分配制成供分析研究和质量评定用的试样。

5.3本试验方法也可用来评定生产沥青用的渣油,但不总是适宜的发生在本试验中的长时间的热裂化可能改变其某些性质。

注:将馏分油调回清油可以得到较轻的渣油,但这样得到的造油性质不好,因此不推荐这样做。

5.4试验前 由供需双方协商-致,确认切割方案。

5.5本试验方法 是涉及许多相互制约变量的复杂步骤。- 套新仪器在第一-次使用之 前,其部件按附录

A、附录B和附录C详述的方法校验以及蒸气温度传感器的位置按6.5.3详述的方法和图1核实是非常重要的。

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6仪器

6.1根据蒸馏头的内径(25,36,50,70mm)可确定4种尺寸的仪器。仪器(图2)主体由蒸馏釜和内部带有雾沫分离器、外包保温套、上部带有冷凝器的蒸馏头组成;另外还包括蒸气温度传感器、真空规连接器、冷凝器、馏分流出管线,一组馏分接收器和真空泵管线以及真空泵。各个部件连接在一起并密封固紧,而且操作应灵活方便。

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6.2.2蒸馏釜由硬质硼硅玻璃制造;为确保安全,容积大于10L的蒸馏釜用不锈钢制造。

6.2.3蒸馏 釜和-一个距其底部6 mm的热偶套管装配在一起,并偏离中心以避开搅拌子。蒸馏釜底部略平,以便磁性搅拌子旋转。不锈钢蒸馏釜应配一个冷却螺旋管,以便紧急时迅速冷却。图3所示的是一个典型例子。

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6.3搅拌系统:对于玻璃蒸馏 釜,磁性搅拌子直径应为3 mm,长度为20 mm ;对于不锈钢质蒸馏釜,则其直径应为6mm,长度为50mm.搅拌子边缘应该圆滑,避免磨损蒸馏釜内壁。外部磁力驱动器必须能够转动蒸馏釜底部的搅拌子,而且下部应紧靠加热套。驱动器、加热套和支承机构可以做成一体。

6.4加热系统

6.4.1蒸馏釜用位于下半部的带加强筋由石英玻璃纤维织成的加热套加热,并维持150mL/(h●cm2)颈部截面积的蒸发速率,加热密度为0.5W/cm',通常使用两组以上的加热炉丝。

6.4.2温度传感器安放在蒸馏釜与加热套之间以控制加热速率。

6.4.3蒸馏釜上半部覆盖一个补偿其热损失的加热罩,加热密度为0.2W/cm*.

3.5 蒸馏头

6.5.1蒸馏头规格如图1所示。由硬质硼硅玻璃制造,并且外包真空镀银夹套,夹套内真空度要达到0.0001 kPa(0. 00075 mmHg)。

6.5.2用一个绝热加热翠维持蒸馏头的真空夹套外壁温度比中心蒸气温度低5C,加热罩用玻璃纤维织成。为此,在真空夹套外壁和绝热加热罩之间,放置-个温度传感器,其位置与蒸气温度传感器位置相对。

6.5.3用一个适配器将蒸气温度传感器安放在蒸馏头颈部中心,具体位置为传感器的敏感端上部位于溢流点之下3 mm士1 mm处。

注:这个距离可以用下面的方法测量:取出温度传感器,插入一条底部折弯的铜丝,触到溢流点后,可测知其距适配器距离,然后按此距离安放温度传感器。

6.5.4蒸气温度传感器可以采用铂电阻,0℃时其电阻值应为100Ω;也可以是一个J型带套管的热电偶,按附录A方法测定其响应时间应当低于1 min,读数精度应当达到0. 5℃.

6.5.5蒸气温度 传感器在第一次使用时应按附录B进行校正,以后每月校正一次。

6.5.6图4所示的是能与真空传感器相连的安装在蒸馏头上部的冷阱,在整个蒸馏过程中冷阱内部应充满碎干冰。

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6.5.7真空传感器应连接在冷阱支管上.其读数精度应当达到使用压力的1%或者更高精度;也可以等于或者小于0. 00133 kPa(0. 01 mmHg)。可以使用麦氏(Mcleod)真空规进行校正.如果测量压力只下降至1 kPa,可以用水银压力计校准,但必须用一个性能良好的测高仪读數(此仪器基于-套带游标的光学系统,可很准确地测定水平高度)。经麦氏真空规校准过的像电容式压力计(Baratron)类的电子真空计能满足实际需要,但必须按附录C进行校正。图C1是合适的压力校正装置。

注:在试验过程中,测量系统压力的合适仪器有熬气压力计和电子真空计,可用一个非倾斜式麦氏真空规对主真空计进行跟踪校正。

6.6冷凝器:见图5.冷凝器由硬质硼硅玻璃制造,与蒸馏头支管出口相连。冷凝器内部应有足够的容积以便把所有必须冷凝的蒸气冷凝下来,其冷凝液温度应能达到70C,以防蜡在此处凝固。

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6.7真空泵管线

6.7.1真空泵管线从冷凝器出口连接到真空泵。可以用厚壁橡胶管或轻金属管作为泵管线,其内径至少等于冷凝器内径的一半,长度不应超过2m。

6.7.2管路中 靠近真空泵的地方应连接一个缓冲罐,其容积至少和烧瓶容积相等。在缓冲罐前应放置一个冷阱,蒸馏时用干冰冷却。

6.7.3缓冲罐和真空 泵之间应安装一个隔离阀,其内径至少等于管线的内径。

6.7.4在蒸馏头上部和真空传感器之间放置-个如图4所示的杜瓦瓶冷阱,该冷阱由硬质硼硅玻璃制造。在整个蒸馏过程中.冷阱内装满碎干冰,保护真空系统不受残余燕气污染。

6.8真空源:使用能稳定地维持系统压力的单级机械真空泵作为真空源,自动和手动控制均可。

6.9接收系统

6.9.1接收系统连接在产物冷凝器的低端出口处,由一个能排放出馏分又不干扰系统压力的真空适配器组成。图6是一种合适的手动操作装置。

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6.9.2能够分步或同时收集馏分的自动和手动装置均可使用,但必须能够维持系统操作压力在整个蒸馏过程中保持稳定。如果要使产物保持液态,必须配备加热装置。

6.9.3馏分接收器由硬质硼硅豉璃制造,其总容积应和装料量相当,从底部开始其刻度被校准至满刻度的1%。

注意:这套仪器在高真空和高温下操作,所以推荐将这些釜和罐覆盖起来,以便在爆裂时起保护作用,避免操作者被碎片伤害。但是为了控制和操作方便,前部的保护装置应是透明和容易打开的,因此要小--些。对于自动操作的仪器,必须配备自动灭火器、冷却水和报警系统。

7取样

7.1可按GB/T 4756取样。也可以从GB/T 17280试验中获取试样。

7.2接收试样时,试样应封装在密闭的容器内,不能有泄漏。

7.3如果试样结蜡或者凝固,必须加热成液体,确保在使用前混合均匀。

7.4如果发现试样 含水,必须按附录D所述方法进行预蒸馏,脱去水分。

8仪器的准备

8.1清洗并千燥 仪器的所有玻璃部件,在接口处涂抹真空脂,然后按图2所示把它们组装在一起。对于球形磨口,涂抹适量的真空脂形成一层薄膜,过量的真空脂会形成缝腺。采用氟橡胶或硅橡胶衬垫仅需稍微润滑即可。

8.2称量接收 器皮重准确至其装料量的0. 1%。

8.3试漏 :用真空泵将系统压力抽空至0. 05 kPa(0. 4 mmHg),切断真空源,如果1 min内系统压力上升幅度不大于0.01 kPa(O. 075 mmHg),认为系统密封良好;如果在1 min之内系统压力的上升幅度大于0.01kPa(0.075mmHg),则必须对真空规进行校验并在此之前弥补缝隙。

8.4按附录B和附录C对温度和压力传感器进行校验。

9操作步骤

9.1按GB/T 13377或GB/T 1884试验方法测定试样密度,并按GB/T 1885把密度修正成为15℃或20℃的密度。

9.2放入搅拌子。

9.3根据表1,查到可装试样的体积,根据打算装入试样的体积和密度计算出试样的质量。

9.4称量试样准确至装料量的 0. 1%。蒸馏釜太大时,可将蒸馏釜放下,用90~95 kPa的压力将试样压入蒸馏釜(称承转移管的重量),如试样粘稠或凝固,可适当加热,以改善其流动性.其质量可以用差减法算出。

9.5将蒸馏釜安装在蒸馏柱上(指小型蒸馏釜),扣上所有加热套,在恰当的位置放置搅拌装置并开动它。

9.6加热蒸馏釜使试样的温度快速上升,但不要超过300℃/h,蒸馏釜表面的温度不要超过400℃,否则,靠近蒸馏釜壁的试样将会发生裂化。

注意:有些烃类混合物不能长时间承受400C的高温,这种情况必须降低其表面温度。

9.7给蒸馏头补偿加热罩加电,维持蒸馏头外壁的温度比蒸馏釜内液体温度约低40℃。

9.8逐渐减压到某个适 当的起始压力。使用图7选择预期的初馏点和最高切割温度;使用表2选择与它们相应的操作压力。和从GB/T 17280试验得到的渣油相似,如果试样的初馏点为343℃左右,选择0.133 kPa(1. 0 mmHg)是合适的。

注:有时在真正蒸馆开始之前试样会发生很明是的脱气现象,这种起泡现象一般在没有可冷凝蒸气时发生。

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9.9当蒸馏开始,可看到蒸气进入蒸馏釜颈部。将加热量臧少到一定值,维持表2所选择的蒸馏速率,调节补偿加热器,维持蒸馏头玻璃夹套外壁的温度比蒸气的温度低5℃。

注:虽然蒸馏速率允许在某一范国内,但推荐最大允许值的80%。

9. 10当观察到的初始蒸 气温度为低于或达到150C时,开动制冷机冷凝第一个组分,确保回收。如果壁上有固体蜡出现,为了准确,可用红外灯或电吹风机加热接收器使馏分液化。对于自动化操作的仪器,必须把接收器加热到足够使馏分液化的温度,但又不能太高,保护轻馏分。

9.11如果馏分充满接收器,或者到达切割温度,停止接收或切换接收器。

9.11.1对于 手动操作,使用真空适配器切割馏分,放空后用另一空接收器替换,将新接收器抽空后,再与系统接通。

9.11.2对自动化操作的仪器,由于接收器转换是自动的,所以不必特别注意。

9.12记录 下列观察值

9.12.1时间:单位为h或min.

9.12.2馏 出物的体积:单位为mL。

9.12.3蒸气温度 :精确至0.5℃。

9.12.4蒸馏釜内液体的温度:单位为℃。

9.12.5蒸馏头压力 :准确至1%。

9.12.6根据附录E计算常压下的温度。

9.13继续蒸馏,直到到达切割终点或者虽然没有到达切割终点,但是蒸馏釜中液体的温度到达290℃.

9.14到达此点,如果预计最终切割温度到达时蒸馏釜中沸腾液体的温度会超过320C,则减缓加热直到蒸馏速率减慢,这个过程根据试样的量需要2~10min,然后慢慢将压力降到zui低

9.15恢复原有加热速率的90%,调节蒸馏速率在较低的水平(见表2),在此速率下压力稳定后2min内不要切割馏分。

9. 16观察蒸馏头压力,只要压力不 上升,就继续蒸馏。仔细对燕馏釜加热以维持馏分的流出速率。当蒸馏釜中液体温度到达310C之后,必须在1h内到达最终切割点。在蒸馏压力上升或90%(V/V)的试样被蒸出时,不再继续蒸馏。

1自动真空控制器有时会掩篮开始裂化时压力初步上升的现象。

2如果馏出物超过试样的90%(V/V).则蒸馏釜接近蒸干,不利于安全。

9. 17当到达最终切割点时,开始升压,或者蒸出试样的90%(V/V)后,不再继续加热,缓慢上升压力,继续搅拌.使渣油冷却。

9.18打开蒸馏釜绝热罩,对于不锈钢蒸馏釜,在冷却盘管中通入空气。

9.19当渣油温度降到150C.取下并称量蒸馏釜,求出渣油的质量。对于较大的蒸馏釜,使用约10kPa的压力从装油管压出渣油。

9.20称量所有馏 分,精确到试样质量的0.1%。

9.21根据GB/T1884方法或GB/T13377方法测定所有馏分的密度,并使用GB/T1885方法换算出15℃或20℃的密度。

9.22对于小型蒸馏釜,用另外的蒸馏釜和溶剂如甲苯进行蒸馏以洗涤蒸馏头和冷凝管,然后蒸出并吹赶干净溶剂,求出附着量。该附者物可以单独作为一个馏分处理,这样要估计其密度;也可以将其混入渣油。如果渣油必须做进-一步分析,则必须按第二种方法做。对于大型蒸馏釜,则必须按附录F求附者量。注意后一种情况的附着物包括蒸馏头和蒸馏釜两部分附着物,必须单独考虑.在这种情况下必须测定它们的密度。

10 计算

0.1 计算所有馏分和附着量之和,由此算出占试样的比例,结果必须在99. 6%(m/m)~100. 1%(m/m)之间才可以接受。在报告中表明实际损失和损失在总馏分中占的比例。

10.2根据每个馏分的相对密度和质量计算每个馏分的体积。

11 报告

11.1作- -张包括下列内容的简表。

11.1.1 试样的质量,g。

11.1.2试样15C或20C的密度,g/cm2,四位有效数字。

11.1.3试样15C或20C的体积,mL。

11.1.4 总体积的增益或损失,精确到0. 1%。

11.1.5依据馏分的沸点列表,将渣油排在最后。

11.1.6 求出质量和体积的累积百分比。

11.2将9.12所述各项观察记录数据列成第二张表附上。表3和表4分别是蒸馏报告和燕馏记录的表格示例。


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