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        煤焦油加氫裂化原料及重質(zhì)產(chǎn)物油固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定方法研究

        2021-10-08 05:49:06趙麗信楊猛姬鵬軍趙怡任燁黨昱
        遼寧化工 2021年9期
        關(guān)鍵詞:質(zhì)量

        趙麗信,楊猛,姬鵬軍,趙怡,任燁,黨昱

        (陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司碳?xì)涓咝Ю眉夹g(shù)研究中心,陜西 西安 710000)

        煤焦油加氫裂化技術(shù)是以煤焦油為原料,以懸浮床加氫裂化中試裝置為平臺(tái),開展一系列加氫裂化反應(yīng),探索煤焦油在不同工況和催化劑下的反應(yīng)特性,開發(fā)煤焦油深度加氫和高效轉(zhuǎn)化技術(shù)。加氫裂化反應(yīng)是在高溫高壓下進(jìn)行,在此過程中會(huì)出現(xiàn)大量的結(jié)焦結(jié)塊現(xiàn)象,反應(yīng)過程中固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低將會(huì)影響結(jié)焦結(jié)塊的嚴(yán)重程度[1-8],這種焦塊在反應(yīng)過程中會(huì)被帶入而煤焦油加氫裂化重質(zhì)產(chǎn)物油中,從而影響煤焦油加氫的轉(zhuǎn)化率[7-13]。因此,能夠準(zhǔn)確得出煤焦油加氫裂化反應(yīng)前后固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯得尤為重要。

        碳?xì)涓咝Ю眉夹g(shù)研究中心研究人員曾赴國(guó)外某大型石油公司進(jìn)行技術(shù)交流,學(xué)到該公司測(cè)定煤焦油加氫裂化原料反應(yīng)前后固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)方法——過濾法,而在碳?xì)涓咝Ю眉夹g(shù)研究中心試驗(yàn)室采用GB/T 2292—1997 抽提法進(jìn)行其固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定,兩種方法均使用甲苯溶劑洗滌油品中固渣,最終稱量計(jì)算得出其固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)[14]。但兩種方法在測(cè)定結(jié)果重復(fù)性上存在較大差異,為探究?jī)煞N方法測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性,本次試驗(yàn)選取煤焦油加氫裂化反應(yīng)試驗(yàn)中使用的原料煤焦油及重質(zhì)產(chǎn)物油(HSB)為試樣,分別使用過濾法和抽提法兩種方法進(jìn)行相關(guān)性試驗(yàn),研究得出兩種方法的優(yōu)劣性。

        1 試驗(yàn)部分

        1.1 過濾法

        1.1.1 設(shè)備和材料

        溶劑過濾器:溶劑為500~1 000 mL;

        真空泵:GM-0.5B 型真空隔膜泵,極限真空度0.067 Pa;

        干燥箱:能保持105~120 ℃溫度;

        分析天平:精度0.000 1 g;

        超聲波清洗器:KQ-500E 型超聲波清洗器;

        玻璃纖維濾膜:直徑47 mm;

        古氏漏斗、干燥器、250 mL 三角瓶、鑷子等其他試驗(yàn)室常用儀器;

        甲苯:分析純。

        1.1.2 試驗(yàn)步驟

        1.1.2.1 準(zhǔn)備工作

        將直徑為47 mm 玻璃纖維膜在105~110 ℃下進(jìn)行恒重,記錄其質(zhì)量為m。

        1.1.2.2 操作步驟

        將試樣攪拌均勻(較黏稠的需加熱并攪拌)后稱取3.0 g 樣品,記錄其質(zhì)量為m,將其至于 250 mL 三角瓶中,加入少量甲苯并放入超聲波內(nèi)使之完全溶解。然后將事先恒重好的濾膜夾在溶劑過濾器抽濾瓶上,連接并開啟真空泵[15]。再將已溶解的樣品緩慢加入過濾器中,用甲苯反復(fù)沖洗三角瓶及濾膜,直至沖洗液接近無色為止,確保全部固體完全轉(zhuǎn)移到濾膜上。最后將含有固體的濾膜放在105~110 ℃烘箱內(nèi),與試驗(yàn)前恒重濾膜一樣的條件進(jìn)行恒重,記錄其質(zhì)量為m。按照過濾前后玻璃纖維濾膜的增重與樣品重量的比值計(jì)算出固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

        1.2 抽提法

        1.2.1 設(shè)備和材料

        甲苯不溶物測(cè)定儀:見圖1;

        圖1 甲苯不溶物測(cè)定儀

        干燥箱:能保持105~120 ℃溫度;

        分析天平:精度0.000 1 g;

        超聲波清洗器:KQ-500E 型超聲波清洗器;

        電加熱套:容積250 mL,功率300 W 或用其他電加熱器,功率可調(diào);

        定量濾紙:慢速,直徑150 mm、直徑125 mm;

        稱量瓶:高型,70 mm×40 mm;

        干燥器、100 mL 三角瓶、100 mL/250 mL 燒杯、鑷子等其他試驗(yàn)室常用儀器;

        甲苯:分析純。

        1.2.2 試驗(yàn)步驟

        1.2.2.1 準(zhǔn)備工作 將慢速定量濾紙用甲苯浸泡過夜(24 h)后,用干凈的鑷子取出放置通風(fēng)櫥內(nèi)晾干。將晾干的濾紙(15 cm 和12.5 cm)同心折疊成稱量瓶大小的濾紙筒,并放入備好的稱量瓶?jī)?nèi),保證蓋子能夠完全蓋緊,在105~110 ℃下進(jìn)行恒重,記錄其質(zhì)量為m,放置干燥器內(nèi)備用[1]。

        1.2.2.2 操作步驟

        將試樣攪拌均勻(較黏稠的需加熱并攪拌)后,向稱量瓶里的濾紙筒內(nèi)加入1.0 g(稱準(zhǔn)至0.000 1 g)試樣,記錄為m。用干凈的鑷子將裝有試樣的濾紙筒取出,放入小燒杯內(nèi)進(jìn)行超聲10 min,使試樣完全分散于甲苯中。然后將裝有試樣的濾紙筒放入抽提筒內(nèi),將抽提筒與裝有60 mL 甲苯的平底磨口燒瓶連接,再?gòu)某樘嵬采隙丝谘貫V紙筒內(nèi)壁緩慢加入60 mL 甲苯,放入電加熱套內(nèi)并連接球形冷凝 管[14,1]。打開水源并調(diào)整大小適當(dāng),打開電源,調(diào)整電壓,至虹吸速率為1 次·min-1,觀察虹吸液為澄清后關(guān)閉電源,關(guān)閉水源,待冷卻后取出濾紙筒并放入對(duì)應(yīng)稱量瓶中,與試驗(yàn)前恒重濾紙筒在同樣條件下進(jìn)行恒重,記錄其質(zhì)量為m。

        1.3 固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算

        試樣中固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%),按公式(1)計(jì)算:

        2 結(jié)果與討論

        本次試驗(yàn)選取煤焦油加氫裂化反應(yīng)使用的原料煤焦油及重質(zhì)產(chǎn)物油(HSB)為試樣,分別使用兩種方法進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn),對(duì)比得出兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

        2.1 兩種方法測(cè)定試樣固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)的偏差分析

        分別使用過濾法和抽提法對(duì)煤焦油、HSB 進(jìn)行固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定試驗(yàn),各測(cè)定四次,求出平均值及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差,其結(jié)果見表1、表2。

        表1 將使用過濾法測(cè)定兩種試樣固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)結(jié)果 %

        由表1 和表2 結(jié)果可以看出,使用過濾法測(cè)定煤焦油和HSB 兩種試樣的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差很大,均大于11.5%,而使用抽提法測(cè)定兩種試樣的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于3.5%,測(cè)定結(jié)果偏差符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。這說明,對(duì)于煤焦油加氫裂化使用的原料及重質(zhì)產(chǎn)物油測(cè)定其固相質(zhì)量分?jǐn)?shù),抽提法相對(duì)于抽濾法測(cè)定結(jié)果偏差更小、結(jié)果離散程度更小,更加有利于工藝條件的改進(jìn)。

        表2 將使用抽提法測(cè)定兩種試樣固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)結(jié)果 %

        2.2 同種方法測(cè)定不同試樣固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)的穩(wěn)定性分析

        對(duì)煤焦油和HSB 分別使用抽濾法和抽提法測(cè)定的六組固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)作穩(wěn)定性試驗(yàn),結(jié)果如圖2、圖3。

        圖2 使用兩種方法測(cè)定煤焦油固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)穩(wěn)定性試驗(yàn)

        由圖2、圖3 可以看出,不論是煤焦油還是HSB,使用抽提法的測(cè)定結(jié)果穩(wěn)定性趨勢(shì)變化均較為平緩,穩(wěn)定性較好。

        圖3 使用兩種方法測(cè)定HSB 固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)穩(wěn)定性試驗(yàn)圖

        由圖2 可以明顯看出,對(duì)于煤焦油,使用抽濾法測(cè)定結(jié)果明顯低于抽提法測(cè)定結(jié)果,結(jié)合試驗(yàn)者試驗(yàn)時(shí)觀察到的現(xiàn)象——使用抽濾法時(shí),在將瓶壁殘留物轉(zhuǎn)移至玻璃纖維濾膜上的過程中,存在無法完全轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象,期間人為誤差較大,而對(duì)于煤焦油本身固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低,這種轉(zhuǎn)移過程中的損失不免會(huì)造成測(cè)定結(jié)果偏低,且在殘?jiān)D(zhuǎn)移過程中損失程度不同,導(dǎo)致使用抽濾法測(cè)定煤焦油的曲線波動(dòng)較大,穩(wěn)定性較差。

        由圖3 可以看出,使用抽濾法測(cè)定HSB 固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)的結(jié)果穩(wěn)定性趨勢(shì)波動(dòng)明顯且測(cè)定結(jié)果相對(duì)抽提法較高。筆者認(rèn)為這種較大的偏差,主要是因?yàn)镠SB 本身固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)15%以上,在使用抽濾法測(cè)定時(shí),僅使用負(fù)壓抽濾,在濾膜上面的重組分大多難以被完全溶解,造成重組分黏附濾膜底部,不能被完全洗滌,從而導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏大。而使用抽提法時(shí)采用的索氏抽提器進(jìn)行加熱回流溶解和洗滌試樣,此種方法溶解較為完全,洗滌干凈,從而出現(xiàn)兩種方法測(cè)定結(jié)果高低差異較大。

        綜上所述,對(duì)于煤焦油加氫裂化使用原料煤焦油和重質(zhì)產(chǎn)物油HSB,使用抽提法測(cè)定其固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定效果較好,結(jié)果相對(duì)可靠,能相對(duì)準(zhǔn)確地反映試樣固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化的實(shí)際情況,為煤焦油加氫裂化試驗(yàn)評(píng)價(jià)提供更為可靠的依據(jù)。

        3 結(jié) 論

        在測(cè)定煤焦油與HSB 固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí),使用抽濾法測(cè)定速度快,但結(jié)果偏差大、穩(wěn)定性差,而使用抽提法測(cè)定結(jié)果偏差較小,重復(fù)性好,結(jié)果相對(duì)可靠,能準(zhǔn)確反映工藝試驗(yàn)過程中試樣固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化的實(shí)際情況,可為煤焦油加氫裂化試驗(yàn)評(píng)價(jià)提供更為可靠的依據(jù)。因此,對(duì)于煤焦油加氫裂化使用原料煤焦油和重質(zhì)產(chǎn)物油HSB,測(cè)定其固相質(zhì)量分?jǐn)?shù),推薦使用國(guó)標(biāo)GB/T 2292—1997 抽提法。

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