Способ определения температуры вспышки в закрытом тигле нефтяных масляных фракций

Изобретение относится к способам определения температуры вспышки в закрытом тигле нефтяных масляных фракций и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Температура вспышки является важнейшей характеристикой нефтяных масляных фракций и показывает температуру летучего конденсированного вещества, при котором пары над его поверхностью способны вспыхивать на воздухе под воздействием источника зажигания. Определение температуры вспышки светлых нефтепродуктов и топлив необходимо для моделирования поведения жидкостей в только что открытых сосудах, когда над поверхностью скапливаются пары горючих веществ. Одним из наиболее распространенных в лабораторной практике является метод Пенски-Мартенса [http://www.astm.org/Standards. Американская международная организация ASTM (American Society for Testing and Materials), издающая стандарты], который соответствует стандартам: ASTM D 93, ISO 2719, IP 34, EN 22719, ГОСТ 6356. На основе данных стандартов в настоящее время имеются автоматические анализаторы температуры вспышки в закрытом тигле типа АТВ-20 и HFP 360, однако данное оборудование характеризуется высокой стоимостью, большими габаритами, значительным весом и в связи с этим может быть использовано только в стационарных лабораториях. Кроме того, при использовании данного оборудования необходима предварительная информация о предполагаемой температуре вспышки.

Недостатками данного способа являются:

1. необходимость в отборе пробы не менее 50 мл;

2. подготовка пробы, включающей фильтрацию (в случае наличия воды);

3. затраты времени, связанные с подготовкой и нагреванием одного образца достигают порядка получаса;

4. стандартное оборудование характеризуется высокой стоимостью, большими габаритами, значительным весом и может быть использовано только в стационарных лабораториях;

5. при использовании оборудования, основанного на стандартных способах, существует необходимость в предварительном определении предполагаемой температуры вспышки;

6. длительность (порядка 1-1,5 часов) не позволяет применять способ в оперативном контроле качества масляного сырья на нефтеперерабатывающих производствах.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ [Шуляковская Д.О., Доломатов М.Ю., Доломатова М.М., Еремина С.А. Метод фотоизображений в информационной системе контроля физико-химических свойств многокомпонентных углеводородных систем // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2014. - №1. - С. 106-113] определения физико-химических свойств (относительной плотности, среднечисловой молярной массы, коксуемости по Конрадсону и энергии активации вязкого течения) многокомпонентных углеводородных систем по фотоизображениям. В данном способе физико-химические свойства таких многокомпонентных углеводородных систем, как высококипящие нефтяные фракции (мазуты, гудроны, крекинг-остатки, нефтяные смолы и асфальтены), определяются по фотоизображениям оптически прозрачных растворов данных систем. Суть способа заключается в следующем. Производится приготовление раствора образца. Раствор заливается в прозрачную кювету, и производится регистрация фотоизображения раствора с люминесцентной лампой или дневным солнечным светом в качестве источника излучения. Затем в графическом редакторе по фотоизображению для исследуемого раствора определяются координаты цвета R, G, B в колориметрической системе sRGB. Далее определяется координата цвета X_photo или Y_photo раствора образца в колориметрической системе XYZ путем стандартного перехода из колориметрической системы sRGB в XYZ. Затем определяется координата цвета X^D или Y^D (для стандартного источника D65 CIE) путем корректировки, позволяющей учитывать различие освещения при фотосъемке от стандартного источника D65 CIE. Следующий этап заключается в оценке значения интегрального показателя поглощения исследуемого образца по определенной ранее координате цвета X^D или Y^D и концентрации раствора, расчет которой производится при приготовлении раствора. Затем физико-химические свойства исследуемой многокомпонентной углеводородной системы определяются по интегральному показателю поглощения по линейной зависимости.

Также наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ [Доломатов М.Ю., Ярмухаметова Г.У., Доломатова Л.А. Взаимосвязь физико-химических и цветовых свойств углеводородных систем в колориметрических системах RGB и XYZ // Прикладная физика. - 2008. - №4. - С. 43-49] определения физико-химических свойств таких углеводородных систем, как нефти и нефтяные остатки, который основан на так называемой корреляции цвет-свойства:

где Z - физико-химическое свойство исследуемой системы: относительная плотность, среднечисловая молярная масса, коксуемость по Конрадсону и энергия активации вязкого течения;

q - цветовая характеристика оптически прозрачного раствора в колориметрических системах RGB и XYZ;

β₁, β₂ - эмпирические коэффициенты, зависящие от типа цветовой характеристики и класса углеводородной системы.

Цветовые характеристики растворов углеводородных систем рассчитываются в стандартных колориметрических системах XYZ и RGB по электронным абсорбционным спектрам поглощения излучения в видимом диапазоне электромагнитного спектра в интервале от 380 до 780 нм. Методика расчета цветовых характеристик, зависящих от стандартных источников излучения (А, В, С или D CIE), состоит из следующих этапов:

1. Расчет координат цвета (X, Y, Z) в колориметрической системе XYZ:

где Е(λ_i) - спектральная характеристика стандартного источника излучения (А, В, С или D);

, , - функций сложения стандартного колориметрического наблюдателя;

τ(λ_i) - функция спектрального коэффициента пропускания в видимой области спектра;

с - концентрация исследуемого раствора, г/л;

l - толщина поглощающего слоя раствора, см;

k(λ_i) - коэффициенты поглощения излучения в видимой области, л/(г⋅см) (в системе СИ 10²⋅м²/кг);

n - количество частичных интервалов разбиения спектра.

2. Расчет координат цвета (R, G, В) в колориметрической системе RGB:

3. Расчет координат цветности (x, y, z) системы XYZ и (r, g, b) системы RGB по формулам:

Однако приведенные способы не разработаны для такого показателя качества нефтяных масляных фракций как температура вспышки в закрытом тигле.

Целью изобретения является разработка способа повышенной производительности для определения температуры вспышки в закрытом тигле нефтяных масляных фракций первичной переработки нефти с установки атмосферно-вакуумной трубчатки нефтеперерабатывающего завода с температурами кипения от 300-550°C. Поставленная цель достигается за счет того, что предлагаемый способ имеет повышенную экспрессность, применимость для различных нефтяных масляных фракций с температурами кипения от 300-550°C. Способ предусматривает упрощение технологии в связи с отсутствием необходимости подготовки образцов, а также упрощением используемой аппаратуры (специальные дорогостоящие габаритные анализаторы заменены фотоаппаратурой).

Сущность способа заключается в том, что определение температуры вспышки в закрытом тигле Т нефтяной масляной фракции производится по ее цветовой характеристике координате красного цвета, линейно коррелирующей с температурой вспышки в закрытом тигле, отличается тем, что координата красного цвета R_sRGB нефтяной масляной фракции определяется в колориметрической системе sRGB в растровом графическом редакторе по фотоизображению нефтяной масляной фракции, которое регистрируется с люминесцентной лампой в качестве источника излучения, путем помещения нефтяной масляной фракции в прозрачную кювету: Т=278-0,6678⋅R_sRGB.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Небольшую навеску исследуемой нефтяной масляной фракции помещают в прозрачную кювету размером 10×20 мм (шириной 20 мм и толщиной 10 мм) и регистрирую фотоизображение кюветы с нефтяной масляной фракцией с люминесцентной лампой в качестве источника излучения. Регистрация фотоизображения производится цифровым фотоаппаратом с разрешением 10 мегапикселей (размер матрицы пиксела) и более.

Полученное фотоизображение обрабатывают в растровом графическом редакторе и получают координату красного цвета R_sRGB в колориметрической системе sRGB.

Рассчитывают температуру вспышки в закрытом тигле нефтяной масляной фракции Т (°C) по линейной зависимости:

Пример 1. Определяют температуру вспышки в закрытом тигле второй масляной фракции (температура кипения 300-400°C). Координата красного цвета исследуемой нефтяной масляной фракции в колориметрической системе sRGB равна R_sRGB=138. Рассчитывают температуру вспышки в закрытом тигле второй масляной фракции (температура кипения 300-400°C) по зависимости (7):

Т=278-0,6678⋅R_sRGB=278-0,6678⋅138=186 (°C).

Пример 2. Определяют температуру вспышки в закрытом тигле третьей масляной фракции (температура кипения 350-420°C). Координата красного цвета исследуемой нефтяной масляной фракции в колориметрической системе sRGB равна R_sRGB=122. Рассчитывают температуру вспышки в закрытом тигле третьей масляной фракции (температура кипения 350-420°C) по зависимости (7):

Т=278-0,6678⋅R_sRGB=278-0,6678⋅122=197 (°C).

Пример 3. Определяют температуру вспышки в закрытом тигле четвертой масляной фракции (температура кипения 420-500°C). Координата красного цвета исследуемой нефтяной масляной фракции в колориметрической системе sRGB равна R_sRGB=81. Рассчитывают температуру вспышки в закрытом тигле четвертой масляной фракции (температура кипения 420-500°C) по зависимости (7):

Т=278-0,6678⋅R_sRGB=278-0,6678⋅81=224 (°C).

Пример 4. Определяют температуру вспышки в закрытом тигле пятой масляной фракции (температура кипения 450-550°C). Координата красного цвета исследуемой нефтяной масляной фракции в колориметрической системе sRGB равна R_sRGB=79. Рассчитывают температуру вспышки в закрытом тигле пятой масляной фракции (температура кипения 450-550°C) по зависимости (7):

Т=278-0,6678⋅R_sRGB=278-0,6678⋅79=225 (°C).

Значения температуры вспышки в закрытом тигле исследуемых нефтяных масляных фракций (примеры 1-4), определенные стандартным (ASTM D 93, ISO 2719, IP 34, EN 22719, ГОСТ 6356) и предлагаемым способом приведены в таблице 1.

Вывод: как следует из таблицы 1, относительная погрешность определения температуры вспышки в закрытом тигле нефтяных масляных фракций по предлагаемому способу по сравнению со стандартным в среднем составляет 3,5%. Следовательно, предлагаемый способ может быть использован для экспрессного определения вспышки в закрытом тигле нефтяных масляных фракций.

Преимущества заявляемого способа экспрессного определения температуры вспышки в закрытом тигле масляных фракций заключаются в следующем:

1. впервые для такого важного свойства, как температура вспышки в закрытом тигле, предложен экспрессный и простой способ определения без специального дорогостоящего оборудования;

2. использование небольшого количества образца нефтяной масляной фракции (порядка 3 мл);

3. упрощение и небольшая стоимость необходимой аппаратуры, что позволяет использовать способ не только в стационарных лабораториях, но и в мобильных лабораториях в переносном варианте;

4. сокращение затрат времени до нескольких минут;

5. не требуется предварительная подготовка образцов;

6. достаточно одного фотографического изображения;

7. подходит для нефтяных масляных фракций в широком диапазоне температур кипения 300-550°C;

8. имеется потенциальная возможность дистанционного контроля температуры вспышки в закрытом тигле без отбора проб, что позволяет применять способ в системе оперативного контроля качества сырья и продуктов маслоблоков на нефтеперерабатывающих заводах.