通过热重分析表征原油及其级分制造技术

提供了系统和方法用于从原油的样品的密度和热重分析(TGA)计算原油及其级分的十六烷值、倾点、浊点、苯胺点、芳香性和/或辛烷值。

Characterization of crude oil and its fractions by thermogravimetric analysis

Systems and methods are provided for from the crude oil samples and thermogravimetric analysis (TGA) calculation of crude oil and its fractions of sixteen octane, pour point and cloud point, aniline point, aromatic and / or octane number.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术涉及通过热重分析(TGA)评价原油及其级分的方法和工艺。
技术介绍
原油来源于埋藏在连续的泥土层下并且在大致0.15-5亿年前淤塞的水生(主要是海洋)生物体和/或陆生植物的分解和转化。它们本质上是数千种不同的烃的非常复杂的混合物。取决于来源，原油主要包含各种份额的直链和支链的链烷烃、环烷烃和环烷族、芳族和多核芳族烃。这些烃取决于分子中的碳原子的数量和排布，可以在通常的温度和压力条件下为气态、液态或固态。原油从一个地理区域到另一个地理区域并且从一个油田至另一个油田在它们的物理和化学性质方面宽范围地变化。通常根据原油所包含的烃的特性将原油分类成三组：链烷烃族、环烷族、沥青质以及它们的混合物。区别是由于各种分子类型和尺寸的不同份额。一种原油可以大部分包含链烷烃，另一种大部分包含环烷烃。无论是链烷烃族还是环烷族，一种可以包含大量较轻质的烃并且是流动的或包含溶解的气体；另一种可以主要由较重质的烃组成并且是高粘度的，具有很少或不具有溶解的气体。原油还可以包括影响原油级分精炼厂加工的量的含有硫、氮、镍、钒或其它元素的杂原子。轻质原油或冷凝物可以包含低至0.01W％的浓度的硫；相比之下，重质原油可以包含多达5-6W％的浓度的硫。类似地，原油的氮含量可以在0.001-1.0W％的范围。原油的特性一定程度上支配可以由其制造的产品的特性和它们对于特殊应用的适合性。环烷族原油将更适合于生产沥青质沥青，链烷烃族原油则更适合于生产蜡。环烷族原油(甚至芳族原油更是如此)将会生成具有对温度敏感的粘度的润滑油。然而，采用现代精炼方法，在将各种原油用于生产许多期望类型的产品中存在更大的灵活性。原油分析是出于基准目的确定原油特性的传统方法。使原油经受真实沸点(TBP)蒸馏和分馏，以提供不同沸点的级分。使用美国标准试验协会(ASTM)方法D2892进行原油蒸馏。在表1中给出常规级分和它们的正常沸点。表1级分沸点，℃甲烷-161.5乙烷-88.6丙烷-42.1丁烷-6.0轻质石脑油36–90中间石脑油90–160重质石脑油160–205轻质瓦斯油205–260中间瓦斯油260–315重质瓦斯油315–370轻质真空瓦斯油370–430中间真空瓦斯油430–480重质真空瓦斯油480–565真空渣油565+当适用时，则在粗分析加工计算期间测定这些原油级分的收率、组成、物理和指标性质。在表2中给出由原油分析获得的典型的组成和性质信息。表2性质单位性质类型级分收率，重量和体积％W％收率全部API比重°物理全部在38℃的动态粘度°物理在>250℃沸腾的级分在20℃的折射率无单位物理在<400℃沸腾的级分硫W％组成全部硫醇，硫，W％W％组成在<250℃沸腾的级分镍ppmw组成在>400℃沸腾的级分氮ppmw组成全部闪点，COC℃指标全部浊点℃指标在>250℃沸腾的级分倾点，(上部)℃指标在>250℃沸腾的级分凝固点℃指标在>250℃沸腾的级分微残碳W％指标在>300℃沸腾的级分发烟点，mmmm指标在150-250℃之间沸腾的级分辛烷值无单位指标在<250℃沸腾的级分十六烷值无单位指标在150-400℃之间沸腾的级分苯胺点℃指标在<520℃沸腾的级分由于有关的蒸馏馏分的数量和分析的数量，原油分析加工是昂贵且耗时的。在典型的精炼厂中，首先将原油常压蒸馏塔中分馏以分离酸气和轻质烃(包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷)和硫化氢、石脑油(36°–180℃)、煤油(180°–240℃)、瓦斯油(240°–370℃)和常压渣油(>370℃)。取决于精炼厂的构造，将来自常压蒸馏塔的常压渣油用作燃料油或送至真空蒸馏单元。从真空蒸馏获得的主产物是包括在370°–520℃范围内沸腾的烃的真空瓦斯油，和包括在高于520℃沸腾的烃的真空渣油。由这些馏分的单独分析常规地获得粗分析数据，以有助于精炼者理解原油级分的一般组成和性质，从而可以在适当的精炼单元中更高效地和有效地加工级分。将指标性质用于确定发动机/燃料性能或可用性或流动特性或组成。在下文给出具体描述的指标性质和它们的测定方法的汇总。通过ASTMD613方法测定的柴油燃料油的十六烷值提供了柴油燃料的点火质量的量度；如在标准单缸测试发动机中所测定；其衡量与主要参比燃料相比的点火延迟。十六烷值越高，则高速直喷发动机将越容易启动；并且启动之后的白烟和柴油爆震更少。柴油燃料的十六烷值通过比较其在测试发动机中的燃烧特性与在标准运行条件下已知十六烷值的参比燃料的共混物的燃烧特性而测定。这使用改变样品与两个包围参比燃料的每一个的压缩比(手轮读数)的包围手轮程序来完成，以获得特定点火延迟，因此允许手轮读数方面的十六烷值的插值。通过ASTMD2500方法测定的浊点是当在标准条件下冷却润滑剂或馏出燃料时出现蜡晶体浑浊的温度。浊点表明原料在冷天气条件下堵塞过滤器或小孔的倾向。将样本以指定速率冷却并且定期检验。将在测试罐的底部首次观察到浑浊的温度记录为浊点。该测试方法仅覆盖石油产品和生物柴油燃料，其在40mm厚的层中是透明的，并且具有低于49℃的浊点。通过ASTMD97方法测定的石油产品的倾点是油或馏出燃料在冷运行温度流动的能力的指示。其为当在预定条件下冷却时流体将流动的最低温度。在预加热之后，将样品以指定速率冷却并且以3℃的间隔检验流动特性。将观察到样本移动的最低温度记录为倾点。通过ASTMD611方法测定的苯胺点是等体积的苯胺和烃燃料或润滑剂基础油料完全共混时的最低温度。将烃共混物的芳族含量的量度用于预测基础油料的溶解能力或馏出燃料的辛烷值。将指定体积的苯胺和样品，或者苯胺和样品加正庚烷，置于试管中并且机械混合。将混合物以受控的速率加热直至两个相变得共混。然后将混合物以受控的速率冷却并且将再次形成两个单独的相时的温度记录为苯胺点或混合的苯胺点。通过ASTMD2699或D2700方法测定的辛烷值是燃料防止火花点火发动机中的爆震的能力的量度。在标准单气缸中测量；可变压缩比发动机与主要参考燃料比较。在温和条件下，发动机测量研究辛烷值(RON)，而在苛刻条件下，发动机测量马达法辛烷值(MON)。当法律要求在分配泵上张贴辛烷值时，使用抗爆震指数(AKI)。这是RON和MON的数学平均，(R+M)/2。其近似于道路辛烷值，这是一般汽车如何响应燃料的量度。为了常规地测定瓦斯油或石脑油级分的这些性质，不得不从原油中蒸馏这些级分，然后使用费力的、昂贵的和耗时的各种分析方法进行测量/鉴定。热重分析(TGA)测量作为加热温度的函数的物质物理和化学性质方面的改变。因此将TGA用于通过在样品随着加热损失/增加质量时连续测量样品剩余重量而测定由于挥发物(如烃和/或水分)的损失、分解或氧化的质量损失或增加。将结果显示为质量比加热温度的热谱图。已将TGA广泛地用于各种应用，如物质表征、物质的热稳定性和用于测定样品的有机/无机含量(如燃烧时损失)。本专利技术公开了系统和方法，其中将TGA用于揭示原油的瓦斯油级分的物理和指标性质(即十六烷值、倾点、浊点和苯胺点)以及石脑油级分的辛烷值和全原油的芳香性。本专利技术提供了对瓦斯油性质的洞察力而不分馏/蒸馏(原油分析)，并且将会帮助生产者、精炼者本文档来自技高网...

【技术保护点】
评价原油样品和确定原油样品的石脑油或瓦斯油级分的指标性质而不首先蒸馏所述石脑油或瓦斯油级分的系统，所述系统包括：热重分析仪；非易失性存储器装置，其储存计算模块和数据，所述数据包括原油样品的密度和通过热重分析仪测定的来自原油样品分析的TGA数据；处理器，其连接至所述非易失性存储器；第一计算模块，其从所述非易失性存储器装置取出TGA数据，由通过TGA数据所指示的质量损失百分比的重量平均比加热温度计算原油热重分析指数，和将计算的原油热重分析指数传输至所述非易失性存储器中；和第二计算模块，其得出作为原油热重分析指数和原油样品的密度的函数的原油样品的瓦斯油或石脑油级分的指标性质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.05 US 62/099,6231.评价原油样品和确定原油样品的石脑油或瓦斯油级分的指标性质而不首先蒸馏所述石脑油或瓦斯油级分的系统，所述系统包括：热重分析仪；非易失性存储器装置，其储存计算模块和数据，所述数据包括原油样品的密度和通过热重分析仪测定的来自原油样品分析的TGA数据；处理器，其连接至所述非易失性存储器；第一计算模块，其从所述非易失性存储器装置取出TGA数据，由通过TGA数据所指示的质量损失百分比的重量平均比加热温度计算原油热重分析指数，和将计算的原油热重分析指数传输至所述非易失性存储器中；和第二计算模块，其得出作为原油热重分析指数和原油样品的密度的函数的原油样品的瓦斯油或石脑油级分的指标性质。2.评价原油样品以确定原油样品的瓦斯油或石脑油级分的指标性质而不首先蒸馏所述瓦斯油或石脑油级分的方法，所述方法包括：获得原油样品的密度；使用热重分析仪使所述原油样品经受TGA分析；由通过TGA数据所指示的质量损失百分比的重量平均比加热温度计算原油样品的原油热重分析指数；和计算和记录作为原油热重分析指数和原油样品的密度的函数的原油样品的瓦斯油或石脑油级分的指标性质。3.根据权利要求1-2所述的系统或方法，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·R·柯塞奥卢，A·阿勒哈吉，A·A·阿勒图维利伯，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA