目前,石油產品在生活中的應用已經相當廣泛,水分作為檢驗石油產品質量的指標之一,對石油產品的質量有著重要的影響,其來源是在運輸和儲存過程中進入到石油產品中的水或 是從大氣與水接觸時吸收和溶解的一部分水。
石油產品中的水分能侵占有限的罐容,增大運輸費用,給儲存和運輸造成浪費, 使得油品的實際數量減少,并且水分蒸發時要吸收熱量,會使發熱量降低,同時會加速油品的氧化和膠化。輕質石油產品中的水分會使燃燒過程惡化,并能將溶解于水中的鹽帶入氣缸中、生成積炭,增加氣缸的磨損,如果在低溫的情況下,發動機燃料中的水分會結冰,堵塞發動機,發動機燃料導管和濾清器, 妨礙燃料系統正常供油。潤滑油含水時能促進潤滑油乳化,破壞潤滑油油膜和潤滑性能。因此,水分作為石油產品的質量指標相當重要。
一、油品中水分的來源及存在形式
在運輸和儲存過程中,進入油品中的水;石油產品有一定程度的吸水性,能從大氣中或與水接觸時,吸收和溶解一部分水。輕質油品密度小,黏度小,油水容易分離,而重質油品則相反,不易分離。
水在石油產品中存在的狀態主要有三種:懸浮水、乳化水和溶解水。懸浮狀態的水分以水滴形態懸浮于油中,懸浮水多存在于黏度較大的重油中,可采用通入空氣流攪拌熱油的加溫沉降法分離除去或用真空干燥法進行分離脫除。浮化狀態的水分是以極細小的水滴狀均勻分散于油中,這種分散很細的乳濁液,由于水滴微粒極小,比懸浮狀的水分更難從油中分離出去。
通常乳化水都是在原油開采、加工、精制過程中,由于劇烈攪動以及原油中的膠質瀝青質、環烷酸等天然乳化劑的存在,使含水原油形成一種穩定的油包水型乳化液,這種乳化液比較穩定不易脫除,必須采用特殊的脫水方法才能脫除。
溶解狀態的水分是以水溶解于油中的狀態存在,即水以分子狀態存在于烴類化合物分子之間,呈均相狀態。水能溶解在油中的量,決定于石油產品的化學組成和溫度。
通常,烷烴、環烷烴及烯烴溶解水的能力較弱,芳香烴能溶解較多的水分。溫度越高,水能溶解于油品中的數量就越多。由于汽油、煤油、柴油和某些輕質潤滑油中溶解水的數量很少,通常用GB/T 260方法無法測出,這些溶解水的含量雖然極少,但要完全除去是比較困難的。一般溶解水在原油乃至石油產品中都是不可避免的,石油分析中把無水視為無懸浮水和乳化水。
二、蒸餾法測定的原理
使用蒸餾的方法,通過加熱石油產品和無水溶劑油,沸騰后不斷冷凝回流,使水分分離出來落人接收器中,最終測得水分的多少。
三、實驗部分
1、儀器設備
KDM型電熱套,山東甄城華魯電熱儀器有限公司,水分測定器:圓底玻璃燒瓶容量為500 mL接收器和直管冷凝管(250 -300厘米);量筒100 mL
2、試劑與材料
溶劑:工業溶劑油或直餾汽油在80攝氏度以上的餾分,溶劑在使用前必須脫水和過濾。無釉瓷片或浮石、石油醚、乙醵。
3、實驗步驟
(1)稱取待測試樣前應將試樣充分揺勻,持續揺動五分鐘;
(2)然后用天平稱取100克試樣,準確稱至0.lg,放入預先洗凈并烘干的圓底燒瓶中,再用量筒取100mL干燥和過濾過的無水溶劑,加入圓底燒瓶中,放入一些浮石或無釉瓷片。
(3)連接接收器和冷凝管,安裝時應使冷凝管與連接器的軸心線要互相重合,冷凝管下端的斜口切面要與接收器的支管管口相對。為了避免蒸汽逸出,應在接口的磨砂處涂上凡士林,既起到潤滑的作用,也防止蒸汽逸出,連接完畢。
(4)開始用電熱套加熱,并控制冋流速度,使冷凝管的斜口每秒滴下2 ~ 4滴液體。
(5)蒸餾接近完畢時,如果冷凝管的內壁沾有水珠,應使圓底燒瓶中的混合物在短時間內進行劇烈的沸騰,加熱利用冷凝的溶劑將水珠盡量洗入接受器中。直到接收器中的水體積不再増加,且溶劑的上層完全透明時應停止加熱。回流時間應不超過一個小時。
(6)停止加熱后如果冷凝管內有水滴,應用溶劑把水沖進接收器。
(7)圓底燒瓶冷卻后,將儀器拆除,讀出接受器中收集水的體積。
4、結果的計算
試樣的水分重地百分含量:X=V×100/G
式中:V為在接收器中收集水的體積;
G為試樣的重量,克。
水在室溫的密度可以視為1,因此用水的毫升數作為水的克數。
5、報告
在兩次測定中,收集水的體積差數不應超辻接收器的一個刻度,取兩次測定的兩個結果的算術平均值,作為試樣的水分,試樣的水分少于0.03%,認為是痕跡,在儀器拆卸后接收器中沒有水認為試樣無水。
四、影響水分測定的因素
1、試樣因素
首先稱取的試樣應具有代表性,試樣直接影響到結果的準確性。取樣后應盡快分析,試樣稱量前應充分搖勻, 并迅速倒取,如果搖動的不夠充分的話,通常造成試樣的取樣不均勻,使得測量結果偏大或偏小。
2、溶劑油因素
溶劑油是蒸餾法測水分所必須的試劑, 利用試樣、水和溶劑油沸點的不同從而得到分餾的目的,進行蒸餾試驗用到的溶劑油在使用前要進行脫水和過濾(溶劑用無水氯化鈣脫水過濾)。不進行脫水的話,會使測量結果偏大。
3、玻璃儀器因素
試驗前所有用到的玻璃儀器應洗凈并干燥后使用,如果玻璃儀器上有水,不進行干燥的話會使測定結果偏大,冷凝管的內壁也應用棉花擦干。進入冷凝管的水溫與室溫相差較大時,應在冷凝管的上端用棉花塞住,以免空氣中的水蒸氣逬入冷凝管,要保障整個蒸餾系統的密閉性,使蒸汽不泄露,控制好加熱速率,防止蒸汽不經過冷凝管而逸出,水分測定結果偏低,造成結果不準確。
4、經驗總結
在連接玻璃儀器時,應在連接處涂上凡士林,使玻璃儀器的密閉性良好,使測量結果準確。在進行蒸餾前,應在圓底燒瓶中加入浮石或無釉瓷片,以免試樣含水較多時發生突沸產生危險。在試樣中加入溶劑的目的是降低試樣的濃 度,免除含水試樣沸騰時所引起的沖擊和起泡的現象。試樣的水分超過10%時,試樣的重量應酌量減少,要求蒸出的水不超過10ml。粘稠或含石蠟的石油產品應預先加熱至40攝氏度-50攝氏度才進行搖勻。