Способ определения температуры размягчения тяжелых нефтепродуктов

 

Изобретение относится к способам исследования реологических свойств материалов с помощью ядерно-магнитного резонанса и может быть использовано для определения температуры размягчения тяжелых нефтепродуктов, например гудронов, мазутов, битумов, крекинг-остатков, песков и др. Способ обеспечивает сокращение времени анализа, повышение точности измерения за счет измерения температуры размягчения непосредственно тяжелого нефтепродукта, повышение представительности пробы за счет увеличения ее объема, компактность и упрощенность оборудования. Способ включает отбор вещества, воздействие на него электромагнитным излучением, регистрацию характеристик ядерно-магнитного резонанса. Причем в качестве вещества используют тяжелый нефтепродукт, с избытком заполняя им объем датчика ЯМР, воздействие электромагнитным излучением осуществляют последовательностью радиочастотных импульсов на вещество, имеющее постоянную температуру не ниже температуры его вязкотекучего состояния, измеряют амплитуду сигнала спин-эхо исследуемого вещества (А) и амплитуду стандартного образца (А_ст) с последующим определением температуры размягчения согласно зависимости T_р = К₁· ехр(К₂·А/А_ст), где К₁ и K₂ - коэффициенты, зависящие от вида тяжелого нефтепродукта и от температуры вещества в датчике. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к способам исследования реологических свойств материалов с помощью ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) и может быть использовано для определения температуры размягчения тяжелых нефтепродуктов, например гудронов, мазутов, битумов, крекинг-остатков, пеков и др.

Известен способ определения температуры размягчения тяжелых нефтепродуктов по методу "кольцо и шар". Расплавленный тяжелый нефтепродукт заливают в кольцо и выдерживают при температуре 5^oC в течение 15 мин. Затем на слой нефтепродукта помещают стальной шарик стандартной массы и нагревают со скоростью 5^o/мин, по мере нагревания нефтепродукт размягчается и шарик продавливает его. Температуру, при которой шарик касается пластинки, расположенной на некотором расстоянии под кольцом, считают температурой размягчения нефтепродукта.

Способ длителен, необходимое время для определения температуры размягчения составляет не менее 1 часа.

Наиболее близким предлагаемому изобретению является способ определения температуры размягчения тяжелого нефтепродукта, заключающийся в том, что отбирают дистиллятную фракцию, образующуюся в процессе переработки нефти, воздействуют на нее после охлаждения электромагнитным излучением, регистрируют спектр ядерного магнитного резонанса ЯМР - ¹H, измеряют интегральные интенсивности линий спектра, а температуру размягчения Т_p определяют согласно зависимости T_p = A + B · R, где A, B - коэффициенты, зависящие от вида нефтепродукта, - относительная интенсивность; J_α, J_β, J_γ - интегральная интенсивность протонов в α, β, γ, положениях по отношению к ароматическому кольцу; J_ar - интегральная интенсивность протонов ароматического ряда.

Недостатком данного способа является определение температуры размягчения тяжелых нефтепродуктов только в процессе термической переработки нефти, что исключает возможность определения температуры размягчения непосредственно исследуемого продукта. Кроме того, имеет место потеря оперативности анализа, вызванная затратами времени на получение и обработку спектров ЯМР, громоздкость, сложность и дороговизна оборудования ЯМР высокого разрешения, исключающая применение способа в цеховых условиях, а также относительно высокая методическая погрешность, связанная с выявлением корреляций между параметрами сложных спектров ЯМР с температурой размягчения, и малая представительность пробы. К недостаткам относится также обязательное условие наличия в дистиллятных фракциях ароматических составляющих.

Задачей изобретения является сокращение времени анализа, повышение точности измерения за счет измерения температуры размягчения непосредственно тяжелого нефтепродукта вместо косвенного определения данного показателя посредством анализа дистиллятных фракций при термической переработке исходной нефти, повышение представительности пробы за счет увеличения ее объема, компактность и упрощенность оборудования.

Задача решается способом определения температуры размягчения тяжелого нефтепродукта, включающим отбор вещества, воздействие на него электромагнитным излучением, регистрацию характеристик ядерно-магнитного резонанса. Причем в качестве вещества используют тяжелый нефтепродукт, с избытком заполняя им объем датчика ЯМР, воздействие электромагнитным излучением осуществляют последовательностью радиочастотных импульсов на вещество, имеющее постоянную температуру, не ниже температуры его вязкотекучего состояния, измеряют амплитуду сигнала спин-эхо исследуемого вещества (A) и амплитуду стандартного образца (A_ст) с последующим определением температуры размягчения согласно зависимости T_p = K₁ · exp(K₂·A/A_ст), где K₁ и К₂ - коэффициенты, зависящие от вида тяжелого нефтепродукта и от температуры вещества в датчике.

Пример 1. Заполняют ампулу анализируемым тяжелым нефтепродуктом (с температурой размягчения по ГОСТ 11506-73, равной 42,5^oC), нагретым до 100^oC, на высоту 60 мм (V = 170 см³) при высоте датчика ЯМР 3,5 мм (V = 99 см³). Устанавливают ампулу в датчик ЯМР, настраивают релаксометр ЯМР на нужный коэффициент усиления, так чтобы первая амплитуда сигнала спин-эхо составляла бы величину 240-245 условных единиц (у.е.).

Затем вместо исследуемого тяжелого нефтепродукта устанавливают стандартный образец, т.е. ампулу с 3-7 мл раствора CuSO₄ с временем релаксации порядка 20-40 мс и измеряют первую амплитуду сигнала спин-эхо стандартного образца (A_1,ст = 194,8 у.е.).

Затем стандартный образец заменяют на исследуемый тяжелый нефтепродукт и определяют первую амплитуду сигнала спин-эхо (A₁ = 230,2 у.е.). Температуру размягчения тяжелого нефтепродукта определяют по зависимости T_p = K₁ · exp(K₂·A₁/A_1,ст).

Коэффициенты K₁ и К₂, найденные по экспериментальной кривой при 100^oC (см. чертеж), составляют: K₁ = 295^oC; K₂ = -1,55.

T_p = 295 · exp(-1,55 · 230,2/194,8) = 42^oC.

Остальные измерения для нефтепродуктов с различными температурами размягчения по примерам 2-6 проведены аналогично примеру 1 с использованием экспериментальных кривых, приведенных на чертеже, и соотношений: для 90^oC Т_p=311 exp(-1,69 A/A_ст.);
для 130^oC Т_p=303 exp(-1,50 A/A_ст.).

Результаты определений по предлагаемому способу сведены в таблицу, согласно которой среднее отклонение температуры размягчения тяжелого нефтепродукта, определенное по предложенному способу, составляет 0,0-2,0%, в то время как для прототипа данный показатель доходит до 6%, время измерений составляет 2,0 мин против 4-6 мин для прототипа.

Кроме того, способ позволяет осуществлять непрерывный неконтактный, неразрушающий контроль температуры размягчения в потоке исследуемого вещества и автоматизировать процесс.

Формула изобретения

Способ определения температуры размягчения тяжелого нефтепродукта, включающий отбор вещества, воздействие на него электромагнитным излучением, регистрацию характеристик ядерно-магнитного резонанса, отличающийся тем, что в качестве вещества используют тяжелый нефтепродукт, с избытком заполняя им объем датчика ЯМР, воздействие электромагнитным излучением осуществляют последовательностью радиочастотных импульсов на вещество, имеющее постоянную температуру не ниже температуры его вязкотекучего состояния, измеряют амплитуду (А) сигнала спин-эхо исследуемого вещества и амплитуду стандартного образца (А_ст) с последующим определением температуры размягчения T_р согласно зависимости
T_р = K₁exp (K₂A/A_ст),
где K₁ и K₂ - коэффициенты, зависящие от вида тяжелого нефтепродукта и от температуры вещества в датчике.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2