УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СУММАРНОГО СОДЕРЖАНИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ В НЕФТЯНЫХ ФРАКЦИЯХ И СВЕТЛЫХ НЕФТЕПРОДУКТАХ И ИХ ОПТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ

Устройство для определения суммарного содержания ароматических углеводородов в нефтяных фракциях и светлых нефтепродуктах и их оптической активности
Заявляемое устройство относится к области геохимии и нефтепереработки, в частности, к аналитическим приборам для определения группового углеводородного состава нефтяных фракций и нефтепродуктов.
Известно устройство - рефрактометр, предназначенное для измерения показателя преломления и дисперсиометрического коэффициента, используемое в анализе нефтепродуктов. С помощью рефрактометра и с привлечением таких физико-химических характеристик нефтепродуктов как плотность, относительная молекулярная масса, температура кипения и др. определяют содержание ароматических углеводородов в бензинах, выкипающих до 200°С, полный групповой состав бензинов и катализатов риформинга, структурно-групповой состав фракций, кипящих выше 200°С.
Однако рефрактометр позволяет определять содержание ароматических углеводородов по дисперсиометрическому коэффициенту в смесях, содержащих ароматические углеводороды в количестве не менее 10%, что является пределом рефрактометрического метода (см. 1. Б.В. Иоффе, Л.М. Герштейн, О.Е. Баталин. Определепие суммарного содержания ароматических углеводородов в прямогопных бензинах дисперсиометрическим методом. Нефтехимия, 1971, т.11, №2, 1971, с.274-277.)
Известно также устройство для измерения разности показателей преломления жидкостей в двух взаимно перпендикулярных направлениях, задаваемых налагаемым на образец внешним магнитным полем, или магнитного двулучепреломления, на основании которых с использованием
2000117028
IlillllllillllllllPlllllinin
2000117028
MKHG01N21/23
предварительной градуировки может быть проведен количественный расчет содержания индивидуального ароматического углеводорода в бинарной смеси. Однако, данное устройство, из-за своих значительных габаритных размеров, ранее в прикладных нелях для определения суммарного содержания ароматических углеводородов в нефтепродуктах не использовалось. Устройство включает в себя измерительную ячейку 1, источник магнитного поля 2, источник поляризованного излучения 3, регистрирующий блок 4 (фиг. 1). Источник излучения, ячейка и регистрирующий блок закреплены на оптической скамье 5. В качестве источника света используется натриевая лампа, с помощью линзового конденсора формируется параллельный пучок, который становится плоскополяризованным, проходя через поляризатор (напр, призма Николя), и ограничивается аппертурными диафрагмами. Магнитное поле создается электромагнитом, в межполюсное пространство которого помещается ячейка с исследуемым образцом. Проходя через образец, пробный монохроматический луч, нервоначально плоскополяризованный, становится эллиптически поляризованным, но после слюдяного компенсатора он вновь превращается в плоскополяризованный. Величина двулучепреломления может регистрироваться как визуальным, так и автоматическим способом (см. 2. R.J. W. Le Fevre, Р.Н. Williams. J.M. Eckert. Austr. J. Chem., 1965, v. 18, p. 1133.). С помощью двойного лучепреломления определялись анизотропии магнитной восприимчивости и оптической поляризуемости молекул, ионов и отдельных связей (на основании привлечения тензорной аддитивной схемы), изучались эффекты среды и другие свойства веществ, представляющие главным образом научно-теоретический интерес.
Недостатками прибора данной конструкции являются: энергоемкость, большие габаритные размеры и масса, достигающая 1 - 2 тонн, что позволяет использовать сконструированные ранее приборы практически лищь для научных целей. Кроме того в установке отсутствует возможность измерения оптической активности, являющейся характерным свойством
высококипящих фракций нефтепродуктов, и необходимой для корректировки расчета содержания ароматических углеводородов в них.
Задачей, рещаемой предлагаемой полезной моделью, является возможность определения суммарного содержания ароматических углеводородов в нефтяных фракциях и светлых нефтепродуктах в расширенном концентрационном диапазоне (1 - 100%) и их оптической плотности, а также значительное расщирение области применения устройства по сравнению с прототипом, благодаря малой энергоемкости, простоте, компактности с сохранением возможности применения его для других, в том числе и чисто научных целей.
Поставленная задача рещается при помощи устройства, включающего оптическую часть, содержащую источник поляризованного излучения, измерительную ячейку, регистрирующий блок с узлом для преобразования эллиптически поляризованного луча в плоскополяризовапный, закрепленных на оптической скамье и источник магнитного поля. Причем в качестве источника магнитного поля использован постоянный магнит, оптическая часть выполнена с возможностью перемещения измерительной ячейки за пределы межполюсного пространства, а узел для преобразования эллиптически поляризованного луча в плоскополяризованный выполнен с возможностью выведения с оптической оси.
Па фиг.1 изображено заявляемое устройство, включающее ячейку (кювету) 1, магнит 2, источник плоскополяризованного излучения 3, анализатор излучения 4 и оптическую скамью 5.
Устройство работает следующим образом: в ячейку 1 (фиг.1) заливают образец светлого нефтенродукта, содержание ароматических углеводородов в котором требуется определить, помещают ячейку в поле магнита 2, включают источник поляризованного излучения 3. При наложении магнитного поля на первоначально изотропный по оптическим свойствам
3
образец нефтепродукта в последнем возникает анизотропия его оптических евойетв, связанная с частичной ориентацией магнитноанизотропных молекул, и образец начинает проявлять свойства одноосного кристалла с осью симметрии, совпадающей с направлением вектора напряженности магнитного поля Н. В образце возникает разница показателей преломления вдоль и поперек силовых линий магнитного поля и первоначально плоскополяризованный луч. пройдя через ячейку (кювету) 1, становится эллиптически поляризованным. После преобразования эллиптически поляризованного луча в плоскополяризованный по показаниям анализатора 4
определяют констан1Л магнитного двулучепреломления CCM образца, пропорциональную разности показателей преломления среды вдоль направления силовых линий магнитного поля Пц и поперек их
(П||-П1)  (1)
где Л, - длина волны источника поляризованного излучения, Н - напряженность магнитного поля.
Удельная константа линейного магнитного двулучепреломления образца §С определяется известным соотношением (см.. (2))
sC  6 X п Cl(rf + 2)2d ,(2)
где О - константа магнитного двулучепреломления. П - показатель преломления образца в отсутствие магнитного поля (при длине волны Л), а и - плотность образца при температуре измерения.
Удельная константа k-компонентой смеси (раствора)  подчиняется правилу аддитивности по удельным константам  , образующих её компонентов i, с весами, соответствующими их массовой доле COj в смеси:
2  )
Результатом использования разработанного устройства является возможность определения массового содержания ароматических углеводородов в расширенном концентрационном диапазоне (1 - 100%).
Предлагаемая конструкция установки позволяет также измерять оптическую активность при вынесении ячейки за пределы магнита (фиг. 2-4) и удаления с оптической оси узла для преобразования эллиптически поляризованного луча в плоскополяризованный. На фиг.2-4 позицией 1 обозначено положение ячейки вне магнитного поля, позицией 2 - положение ячейки в поле, позицией 3 - оптическая скамья. Устройство имеет размеры порядка 0,5x0,5x0,5м. и массу до 50 -100 кг. Значительные упрощения конструкции открывают возможность создания переносного варианта прибора, что позволит существенно расширить область применения предлагаемой полезной модели, напр, в заводских лабораториях и цехах нефтеперерабатывающих предприятий для контроля качества получаемых нефтепродуктов и хода технологического процесса, на автозаправочных станциях для оценки качества поступающих топлив по одному из самых важных критериев - содержанию ароматических углеводородов. Разработанное устройство обладает малой энергоемкостью, простотой конструкции, компактностью, совмещая в себе возможность определения как величины магнитного двулучепреломления образцов, так и их оптическую активность, значение которой необходимо для внесения поправок при анализе на ароматические углеводороды высших нефтяных фракций, сохраняя при этом возможность применения, в том числе, и для прежних исследовательских целей. 1шт1
Источники информации:
1. Б.В. Иоффе, Л.М. Герштейн, О.Е. Баталии. Определение суммарного содержания ароматических углеводородов в прямогонных бензинах дисперсиометрическим методом. Нефтехимия, 1971, т.П, №2, 1971, с.274-277.)
2. R.J. W. Le Fevre, Р.Н. Williams, J.M. Eckert. Austr. J. Chem., 1965, v. 18, p. 1133.