HYDROGENAČNÍ RAFINACE MINERÁLNÍCH OLEJŮ

215.2.1 HYDROGENAČNÍ RAFINACE MINERÁLNÍCH OLEJŮ ÚVOD Hydrogenační rafinace Při výrobě motorových a průmyslových olejů a dalších maziv z ropných vakuových destilátů se uplatňují rafinační procesy, kterými se odstraňují nežádoucí olejové složky (obr. 1). Přitom se podstatně mění chemické složení olejových destilátů a usměrňují se vlastnosti rafinovaných olejů tak, aby výsledné oleje měly potřebné užitné vlastnosti. Rafinačními procesy se snižuje především obsah polárních složek, tj. kyslíkatých, sirných a dusíkatých sloučenin a vícejaderných aromátů. Účelem odstraňování zmíněných látek z olejů je především: - zlepšení viskozitního indexu - zlepšení oxidační stálosti - zmenšení koksotvornosti - zlepšení vnímavosti k přísadám. νν H y d r o g en a čn í d o r a f i n ov á n í R oz pou š t ě d l ová

Odparafinování

r a fin a c e

D o r a fi n o v á n í a k t iv n í h l in k o u

Rozpouštědlové rafináty

Vakuové H ydroge na č ní

destiláty

d o r a f i n ov á n í H y d r o g e n a čn í r a f in a ce

Odparafinování

R oz p o u š t ě d l o v é d or a f i n o v á n í

H y dr ok ra k ová n í

Hydrogenáty Hydrokrakové oleje

D o r a f i n ov á n í a k t iv n í h li n k o u

Obr. 1: Blokové schéma výroby mazacích olejů Hydrogenační rafinace olejů je katalytický proces, při kterém se nežádoucí složky olejů (vyšší aromáty a sloučeniny obsahující heteroatomy) neodstraňují, ale přeměňují se na žádoucí složky reakcemi v přítomnosti vodíku. Hydrogenace je katalyzovaná kovovými katalyzátory (např. Co-Mo) ve formě oxidů či sulfidů, které jsou naneseny na přírodních nebo syntetických nosičích (alumina, alumosilikáty). Podle požadované hloubky rafinace se volí pracovní podmínky rafinace (tlak obvykle 10 – 21 MPa, teploty 250 – 320 °C, pro hydrokrakování 380 – 440 °C, spotřeba H2 5 – 250 Nm3/m3 suroviny). Podle zvolených pracovních podmínek dochází při hydrogenační rafinaci k hydrogenolýze a odstranění heteroatomů (S, N, O), přeměně aromatických uhlovodíků na nasycené uhlovodíky (hydrogenace), k větvení parafinických uhlovodíků (izomerace), ke štěpení vazeb C-C a otvírání kruhů cykloalkanů (decyklizace). V reakčním systému se spotřebovává vodík a uvolňují se především sulfan a amoniak.

Vakuová destilace Katalyzátory používané na hydrogenační rafinaci ropných olejů mají hydrogenační složku (většinou směs kovů 6. a 8. skupiny prvků) nanesenou na vhodném nosiči, kterým bývá alumosilikát nebo alumina. Tyto nosiče mají kyselá centra, na kterých probíhají štěpné reakce. Kyselá centra 1

katalyzátoru napomáhají jednak při odštěpování heteroatomů (S, N, O), ale také při štěpení uhlovodíků. Proto při hydrogenační rafinaci olejů vznikají látky s menší molekulovou hmotností, a tudíž také s menším bodem varu, než měl původní ropný olej. Tyto látky je nutno odstranit, protože nemají vlastnosti požadované pro mazací oleje. Odstranění níževroucích látek se provádí destilačně, v průmyslu většinou atmosferickou destilací, která je zařazována hned za hydrogenační rafinaci. V laboratorním uspořádání hydrogenační rafinace je nutno odebírat hydrogenační produkt přetržitě a teprve potom je možno jej rozdestilovat. Aby se hydrogenační produkt nemusel ohřívat na teplotu vyšší než 360 °C nutnou pro odstranění štěpných produktů, provádí se destilace za sníženého tlaku, což umožní snížit teplotu ohřevu hydrogenačního produktu v závislosti na tlaku. Zmenšením teploty ohřevu hydrogenačního produktu se zmenší také intenzita nežádoucích reakcí, zejména 5oxidačních, zhoršujících kvalitu získaného rafinátu. Změna bodu varu s tlakem a odpovídající změna tenze par s teplotou probíhá exponenciálně. Na základě Clapeyronovy rovnice byl odvozen vztah, který vyjadřuje tuto závislost v poměrně širokém rozmezí teplot: log P = 0,2186 A/T + B(1) kde P je tenze par při absolutní teplotě T, A je molové výparné teplo a B je konstanta charakteristická pro danou látku. U složitých směsí, jakými jsou ropné destiláty, nelze použít pravidel platných pro čisté látky, a proto pro ně byly sestaveny přibližné rovnice nebo empirické nomogramy.

Stanovení obsahu síry Obsah síry v ropě se pohybuje většinou v intervalu 1 – 3 % hm. Distribuce síry v jednotlivých ropných produktech obvykle roste se stoupajícím destilačním rozmezím frakcí. Minimální množství síry obsahují uhlovodíkové plyny, o něco více síry je obsaženo v benzínech až po nejtěžší vakuové destiláty a zbytky, kde je obsah síry nejvyšší. Sirné sloučeniny jsou většinou nežádoucími složkami ropných produktů. Tyto sloučeniny jsou jedovaté, zapáchají a způsobují korozi. Při jejich spalování vzniká oxid siřičitý, který má negativní dopad na životní prostředí. Některé sirné sloučeniny však mohou působit i příznivě na užitné vlastnosti ropných produktů. Například optimální koncentrace sirných látek v olejích zvyšuje jejich oxidační stabilitu. Sirné látky se projevují také příznivě z hlediska mazání v olejích (případně v motorových naftách). Obecně je však snaha síru z ropných produktů odstranit. V současné době převažují hydrorafinační procesy, které odstraňují i látky obsahující kyslík a dusík. Případné zhoršení některých vlastností hydrogenačních rafinátů lze kompenzovat vhodnou aditivací. Pro stanovení obsahu síry v ropných produktech se používají především oxidační metody, v nichž se síra spaluje a v přítomnosti oxidačních činidel se nakonec síra stanovuje jako kyselina sírová. Spolu se snižováním obsahu síry v ropných produktech jsou však zapotřebí metody, které jsou schopny stanovit obsah síry řádově v ppm. Mezi tyto citlivé metody patří například metoda fluorescence a pro dusík chemiluminiscence. Měření obsahu síry v této práci je založeno na řízeném spalování vzorku kyslíkem v pyrolýzní peci za teplot 800 – 1000 °C v atmosféře inertního plynu. Následuje analýza spalin na detektorech síry a dusíku. Detektor na zjištění obsahu síry pracuje na principu fluorescence a detektor na zjištění obsahu dusíku na principu chemiluminiscence. Metoda pro měření obsahu síry odpovídá normě ASTM D5453 a je použitelná pro kapalné uhlovodíky s viskozitou 0,2 – 20 mm2/s, které mají obsah síry v rozsahu od 1 ppm do 800 ppm. Metoda pro měření obsahu dusíku odpovídá normě ASTM D4629 a je použitelná pro kapalné uhlovodíky s viskozitou 0,2 - 10 mm2/s, které mají obsah dusíku v rozsahu od 0,3 ppm do 100 ppm.

2

Během spalování organických sirných látek síra přechází na SO2 a SO3. Ve spalinách jednoznačně převažuje SO2. Vznikající SO2 je vybuzen ozařováním ultrafialovými paprsky (190 – 300 nm) do excitovaného stavu (SO2*) a poté se vrací do základního stavu, přičemž vyzařuje energii v podobě fluorescenčního ultrafialového záření. Během spalování organických dusíkatých látek dusík přechází na NO a NO2. Za podmínek spalování jednoznačně převažuje NO. Vznikající NO je excitován prostřednictvím oxidační reakce s ozonem, při které vzniká NO2 a je vyzářeno chemiluminiscenční záření (590 – 2500 nm).

Stanovení skupinového složení S ohledem na multikomponentní charakter vakuových ropných frakcí není možná jejich separace na jednotlivé individuální složky. Pro praktické účely se provádí separace do skupin strukturně jednotných či chemicky příbuzných sloučenin (např. nasycené uhlovodíky, aromáty, heterosloučeniny apod.). Pokud je tato analýza prováděna v preparativním měřítku, lze navíc získat i dostatečné množství jednotlivých skupin, které umožňuje provést i jejich bližší charakterizaci. Při kapalinové adsorpční chromatografii se využívá interakcí mezi dělenou složkou a pevnou fází (adsorbentem) v prostředí mobilní fáze (eluentu). Vzorek se pohybuje ve směru toku eluentu tím rychleji, čímž méně je adsorbován. Skupinová separace olejů se provádí na polárních sorbentech silikagelu a alumině. Polární povrch sorbentů sorbuje nejsilněji polární sloučeniny. Čím je polarita uhlovodíků a heterosloučenin menší, tím menšími silami je sloučenina sorbována na povrchu sorbentů. Při separaci jednotlivých skupin oleje se separační kolona se sorbenty postupně promývá rozpouštědly s rostoucí eluční silou, tj. se zvyšující se polaritou. Nejméně polární rozpouštědlo (obvykle hexan) z kolony eluuje nejméně polární uhlovodíky, tj. nasycené uhlovodíky. Se vzrůstající polaritou či eluční silou rozpouštědla jsou eluovány uhlovodíky a další sloučeniny s rostoucím stupněm polarity. Aktivní centra sorpce sorbent-molekula vzorku jsou postupně nahrazovány interakcemi sorbentrozpouštědlo. Je zřejmé, že aby mohlo dojít k náhradě této interakce, musí být energie interakce sorbent-rozpouštědlo větší než energie interakce sorbent-molekula vzorku. Interakci mezi vzorkem a adsorbentem mohou způsobovat dispersní síly, indukční síly, acidobazické interakce, tvorba vodíkových můstků nebo tvorba molekulových komplexů. Pokud je separace prováděna na dostatečně velké koloně s dostatečným množstvím vzorku, lze jednotlivé skupiny jímat a jejich množství zjistit absolutně vážením.

Stanovení hustoty Hustota je jednou ze základních veličin, které charakterizují ropu a její produkty. Z její hodnoty lze usuzovat také na frakční chemické složení ropných produktů. Hustota je normovaným parametrem pro většinu výrobků z ropy, jako jsou paliva, maziva apod. Hustota benzinu při 15 °C je normou ČSN EN 228 stanovena v rozmezí 720 až 775 kg/m3, hustota motorové nafty při 15 °C je určena v intervalu 820 až 845 kg/m3 (ČSN EN 590). Hustota ropné frakce stoupá s rostoucím obsahem uhlovodíků s vysokou molekulovou hmotností, tj. s růstem počtu atomů uhlíku v molekule, a vyšším bodem varu. Při stejné molekulové hmotnosti se liší také hustoty jednotlivých typů uhlovodíků, a to v pořadí s rostoucí hustotou: alkany, alkeny, cykloalkany, aromáty, jak dokumentují příklady uvedené v tab. 1. Tab. 1: Hustota různých uhlovodíků s 8 atomy uhlíku v molekule Typy uhlovodíků alkany

Uhlovodík

Hustota (kg/m3)

Oktan

702,9

2,2,4-trimethylpentan

691,9

3

alkeny

1-okten

715,0

cykloalkany

ethylcyklohexan

784,0

o-xylen

880,1

p-xylen

860,9

aromáty

Hustota je závislá na teplotě, proto musí být vždy uveden i údaj o teplotě měření. Hustota kapalin s rostoucí teplotou klesá, a to u různých látek různou měrou. Závislost hustoty ropných frakcí na teplotě můžeme vyjádřit například pomocí následující kvadratické rovnice, kterou je možno použít pro přepočet hustot pro různé teploty: ρt = ρto - (t – t0) - (t – t0)2 kde t0 je referenční teplota, při níž známe hustotu vzorku ρto. Koeficienty α a β jsou získány výpočtem ze změřených dat, pro různé uhlovodíkové frakce se liší a lze je získat i v literatuře. Pro užší teplotní rozsah lze koeficient  zanedbat a použít pouze lineární závislost hustoty na teplotě.

Stanovení viskozity a viskozitního indexu Dobré mazání je předpokladem správného chodu každého stroje či mechanického zařízení. Pro každý účel jsou vyhovující jiné mazací oleje, které se liší svou viskozitou. Viskozita a viskozitní index jsou důležitými vlastnostmi všech mazacích olejů, které mohou být velmi tekuté s velmi nízkou viskozitou nebo naopak velmi málo tekuté s vysokou viskozitou. Extrémním případem velmi málo tekutého oleje jsou mazací tuky. Viskozita je základní vlastnost olejů, která určuje snadnost jejich dopravy na mazaná místa, určuje, jak dlouho vydrží na mazaném místě či jak rychle odsud zase olej odtéká. Na viskozitě také závisí síla mazacího filmu. Pro mazané součásti, které jsou vystaveny změnám teploty, je důležité, aby se viskozita mazacího oleje s teplotou měnila co nejméně, protože olej musí zabezpečit kvalitní mazání jak při nízké rozběhové teplotě, tak při provozní teplotě, která je zejména u spalovacích motorů značně vyšší. Tuto vlastnost, tj. závislost viskozity na teplotě, vyjadřuje viskozitní index. Viskozitní index (VI) je bezrozměrná veličina, která charakterizuje vliv teploty na viskozitu olejů. Čím je VI vyšší, tím menší je vliv teploty na změnu viskozity oleje. Při stanovení VI se viskozita zkoušeného oleje změřená při dvou teplotách porovnává se dvěma standardními oleji, které mají při 100 °C stejnou viskozitu jako zkoušený olej. Standardní olej tvoří dvě hypotetické řady, z nichž jedna zahrnuje oleje s malou změnou viskozity s teplotou (VI = 100) a druhá zahrnuje oleje s velkou změnou viskozity s teplotou (VI = 0). Tyto hodnoty jsou tabelované v příslušných normách, např. ČSN ISO 2909, ASTM D 2270 nebo IP 226.

Stanovení oxidační stability Jedním z kvalitativních parametrů je termicko-oxidační stabilita. Důležitější je tento parametr u motorových naft, kde je součástí normovaných hodnot a velmi se mění v závislosti na přídavku biosložky. Tento parametr vypovídá o náchylnosti paliva, nebo olejů k degradaci. Při oxidaci (stárnutí) ropné frakce dochází k fyzikálně-chemickým přeměnám, které jsou urychleny vlivem přítomnosti kyslíku, zvýšené teploty a katalytického účinku kovů. K oxidaci může docházet už při skladování, ale vzhledem k nízké teplotě (5 - 20 °C) je degradace pomalá. K dalším oxidačním přeměnám může docházet v motoru, kde je oxidační namáhání urychleno zvýšenou teplotou (60 - 150 °C). V důsledku vysokoteplotní oxidace může docházet k tvorbě nerozpustných úsad, které mohou způsobit ucpávání a následné selhání různých částí motoru. Při oxidaci motorových olejů také dochází k tvorbě kyselých produktů, které napadají kovové části motoru a způsobují korozi.

4

PetroOxy je jedna z novějších metod určených ke stanovení oxidační stability. Je určena pro různé typy vzorků od benzínů po plastická maziva. Princip je obdobný metodě indukční periody benzínu ČSN EN ISO 7536. Vzorek je oxidován v uzavřené cele při přetlaku kyslíku a sleduje se průběh tlaku během zkoušky. Při poklesu maximální dosažené hodnoty tlaku o 10 % je test ukončen a odečítá se čas. Počáteční nárůst tlaku v cele je způsoben temperací vzorku. Pro různé typy vzorků je nutné zvolit optimální hodnoty teploty a plnícího tlaku kyslíku. Oproti klasické metodě indukční periody (ČSN EN ISO 7536) má několik předností, konkrétně malou spotřebu vzorku, výrazné zkrácení doby testu a velmi jednoduchou obsluhu. Také možnost analýzy různých druhů vzorků je významné plus. Pro benzíny a střední destiláty byly vytvořeny normované ASTM metody, bohužel zatím bez českého nebo evropského ekvivalentu.

ZADÁNÍ PRÁCE -

Proveďte hydrogenační rafinaci olejového destilátu za zvolených podmínek Proveďte vakuovou destilaci produktu Stanovte skupinové složení suroviny a produktu Stanovte obsah síry suroviny a produktu Stanovte hustotu suroviny a produktu Stanovte viskozitu a viskozitní index suroviny a produktu Stanovte oxidační stabilitu suroviny a produktu

POTŘEBY PRO PRÁCI Analyzované vzorky Surovinu, odparafinovaný primární olejový destilát dodá vedoucí práce. Produkt hydrogenační rafinace student připraví v první fázi práce nebo ho dodá vedoucí práce.

Aparatura Aparatura pro hydrogenační rafinaci: hydrogenační aparatura (viz postup práce) PC s řídícím softwarem skleněné kuličky (zrnění 2,5 mm) inertní materiál I (zrnění 0,63 – 0,80 mm) inertní materiál II (zrnění 0,25 – 0,30 mm) katalyzátor – předem aktivovaný Co-Mo/Al2O3 Aparatura pro vakuovou destilaci: baňka kulatá 500 ml, zábrus NZ 29/32 baňka kulatá 100 ml, zábrus NZ 29/32 odlučovací nástavec s výplní NZ 29/32 teploměr zábrusový NZ 14/23 trojcestný ventil hadice vakuové zvedací stojánek stojan laboratorní klema držák korkový kruh velký korkový kruh malý topné hnízdo elektrické 500 ml

asi 102 ml asi 20 ml asi 20 ml asi 100 cm3 2 ks 2 ks 1 ks 1 ks 1 ks 2 ks 1 ks 2 ks 3 ks 3 ks 1 ks 1 ks

5

regulátor topného hnízda vakuová pumpa mazivo na zábrusy varný kamínek nízkotlaký zásobník na dusík (balon) Aparatura pro stanovení obsahu síry: přístroj Mitsubishi TOX – 100 pinzeta 1 ks Petriho miska 1 ks analytické váhy automatická pipeta do 1 ml 1 ks špičky do pipety 1 ml Aparatura pro stanovení skupinového složení: skleněná kolona (délka 700 mm, ID 6,9 mm) 1 ks mosazné koncovky s kapilárou 2 ks klíč plochý 22 mm 2 ks teflonové těsnění 2 ks kapilára PEEK 1/16“ 2 ks šroub PEEK 1/16“ 5 ks propojka 1/16“ 2 ks stojan 1 ks klema 3 ks držák malý 3 ks odměrný válec 50 ml 5 ks vialka 4 ml 1 ks čerpadlo pístové 1 ks násypka malá 1 ks nádoba na sorbenty 2 ks baňka se zaobleným dnem 50 ml, zábrus NZ 14/23 6 ks zátka, zábrus NZ 14/23 6 ks kádinka 100 ml 1 ks špička na pipetu 1 ml 3 ks pipeta automatická do 1 ml vata skládaná malý háček dusadlo - tyčka kovová vibrační strojek rotační vakuová odparka membránová vývěva vakuová sušárna laboratorní váhy Aparatura pro stanovení hustoty: hustoměr Anton Paar DMA 4000 injekční stříkačky Aparatura pro stanovení viskozity a viskozitního indexu: kádinka 100 ml 1 ks kádinka 500 ml 1 ks silikonová hadička asi 50 cm kapilární viskozimetr podle Ubbelohdeho 2 ks držák kapilárního viskozimetru 1 ks temperovací lázeň 6

stojan pro viskozimetr ovládací panel viskozimetru lampa tabulka pro výpočet viskozitního indexu Aparatura pro stanovení oxidační stability: PetroOxy tester redukční ventil na tlakovou nádobu

Chemikálie toluen technický na mytí aceton technický na mytí Chemikálie pro hydrogenační rafinaci: vodík tlakový Chemikálie pro vakuovou destilaci: mazivo na zábrusy dusík tlakový 4.0 Chemikálie pro stanovení obsahu síry: tlaková nádoba s kyslíkem 2.6 včetně redukčního ventilu tlaková nádoba s argonem 3.0 včetně redukčního ventilu křemenná vata Chemikálie pro stanovení skupinového složení: alumina 507C asi 20 g silikagel 60 asi 20 g hexan p.a. asi 100 ml toluen p.a. asi 100 ml diethylether p.a. asi 20 ml methanol p.a. asi 100 ml methanol technický na mytí

PRACOVNÍ POSTUP Hydrogenační rafinace Popis aparatury: Na obr. 2 je ukázána aparatura, ve které se provádí hydrogenační rafinace oleje. Plyn prochází jedním z regulátorů průtoku plynů (8) a před reaktorem se mísí s proudem kapalného nástřiku, který je dávkován vysokotlakým nástřikovým čerpadlem (3). V reaktoru (4) je vrstva katalyzátoru, do níž zdola zasahuje termotrubka s termočlánky (schéma reaktoru je na obr. 3). Produkt vystupuje z reaktoru (4) přes chladič (5) do vysokotlakého separátoru (6), kde se rozdělí na plynný a kapalný podíl. Plyn odchází přes výstupní ventil s regulací tlaku (7) a odtud do odtahu a do atmosféry. Kapalina se odpouští přes ventily Hy-Lok s antiparalelním chodem (9) do aparatury na odběr kapalných vzorků (12), kde je produkt profoukáván plynem. Ohřev předehřívače a reaktoru je zajišťován elektricky vytápěnými spirálami řízenými softwarem (obr. 4) s automatickou regulací nastavení teploty pomocí regulátorů (v řízení aplikace 7). Reaktor je naplněn cca 100 cm3 předem aktivovaného katalyzátoru Co-Mo/Al2O3. Spuštění aparatury: - Spusťte hlavní vypínač (11) na řídící skříni (10). - Spusťte ikonu pro spuštění řídícího softwaru na ploše PC, hned následně v aplikaci klikněte na zelené tlačítko na dokončení spuštění řídícího softwaru. - Otevřte zdroj vodíku.

7

- Po naběhnutí programu zapněte stykač, v ikoně regulátorů topení zapněte termočlánky (pozice ON) a ve správci archivů zapněte archivaci a nastavte číslo archivu. - Nastavte požadovaný tlak v aparatuře v aplikaci (3) a průtok plynu na vstupu do aparatury v aplikaci (2). - Otevřte jehlový ventil (15) za regulátorem průtoku vodíku (8) a opatrně (pomalu) otevřte jehlový ventil (15) před regulátorem tlaku. - Nastavte ohřev termočlánků předehřívače a reaktoru na požadované hodnoty v řízení aplikace (7). - Po dosažení teploty 300 °C v reaktoru (8 v řízení aplikace) spusťte nástřik suroviny v řízení aplikace (4). Ustálení podmínek a odběr produktu: - Regulaci nastřikovaného množství suroviny provádějte šroubem umístěným na čerpadle (3). Nástřik suroviny kontrolujte diferenčně ze změny hmotnosti zásobníku suroviny. - Po vyhřátí předehřívače a reaktoru a spuštění čerpadla každých 30 minut proveďte kontrolu a případně i korekci průtoku nastřikovaného množství suroviny. - Po ustálení provozu a všech parametrů čekejte ještě, než celou aparaturou proteče přibližně 200 g vzorku, aby se ustálily vlastnosti produktu. Stejně tak čekejte i při změně každých reakčních podmínek a jejich ustálení. - Při ustáleném provozu kapalné produkty hydrogenační rafinace odebírejte v potřebném množství. Odstavení aparatury: - Odstavení proveďte asi 2 hodiny před předpokládaným ukončením práce. - Nejprve vypněte topení reaktoru a předehřívače (buď nastavte všude v aplikaci (7) nuly nebo v okně regulátorů topení vypněte všechna topení, pozice OFF). - Vypněte čerpadlo v aplikaci (4). - Po odstavení čerpadla chlaďte reaktor a předehřívač průtokem vodíku. Když teplota v reaktoru klesne pod 260 °C, vypněte přívod vodíku (v aplikaci 2 nastavte nulu). - Uzavřete zdroj vodíku a ventily na aparatuře (15) před regulátorem tlaku (7) a před regulátorem průtoku plynů (8). - Vypněte stykač v aplikaci (1) a aparaturu odpojte od sítě hlavním vypínačem (11) na řídící skříni (10) a ponechte ji pod tlakem vodíku do příštího měření. - Zavřete aplikaci a vypněte počítač.

8

3-

8 15

4

10 8 15

14 7

5

11

6

3

12

4

9 1 13 2

Obr. 2: Tlaková průtoková hydrogenační aparatura 1 - zásobník suroviny, 2 - váha, 3 – čerpadlo suroviny, 4 - reaktor, 5 - chladič, 6 – vysokotlaký separátor, 7 - tlakový regulátor, 8 – regulátory plynů, 9 – ventily Hy-Lok s antiparalelním chodem, 10 – rozvodná skříň, 11 – hlavní vypínač, 12 – aparatura na odběr plynných a kapalných vzorků a profoukávání kapalných vzorků (zbavení rozpuštěných kyselých plynů), 13 – tlakově diferenční měřák hladiny separátoru, 14 a15 – ruční jehlový ventil

9

Obr. 3: Schéma reaktoru 1 - stykač 2 - nastavení průtoku plynů 3 - nastavení tlaku 4 - ZAP/VYP čerpadla 5 - zásobník suroviny 6 - váha/průtok suroviny 7 - nastavení teploty předehřívače a reaktoru 8 - teploty termočlánků 9 - hladina separátoru

Obr. 4: Rozhraní řídícího programu reaktoru 10

Vakuová destilace Sestavení aparatury: Sestavte destilační aparaturu z varné baňky, mezikusu se záchytnou výplní, sestupného chladiče, alonže a jímací baňky. V nezbytné míře použijte stojany, klemy a stojánky. Do zvážené varné baňky se známým množstvím hydrogenačního produktu vhoďte varný kamínek. Baňku vložte do topného hnízda, které je připojeno ke zdroji elektrického proudu přes regulátor napětí. K měření tlaku v aparatuře použijte rtuťový manometr nebo vakuometr Pirani VPR 1. Po připojení aparatury ke zdroji vakua přes trojcestný ventil začněte evakuovat aparaturu. Při prvním poklesu tlaku se vzorek v baňce začne vařit, to je způsobeno uvolňujícími se plyny rozpuštěnými ve vzorku. Sledujte pokles tlaku v aparatuře a v závislosti na dosaženém tlaku vypočítejte teplotu konce destilace. Teplota konce destilace: Teplota konce destilace zjistěte z nomogramu uvedeného na obr. 5. Na uvedeném nomogramu spojte body odpovídající skutečnému tlaku v aparatuře odečtené z tlakoměru (v mm Hg) s požadovanou teplotou konce destilace při normálním tlaku (360 °C, 760 mm Hg) a na třetí stupnici odečtěte hledanou teplota konce destilace při tlaku v aparatuře. Po kontrole výpočtu vedoucím práce přejděte k vlastní destilaci.

Destilační teplota při sníženém tlaku

Destilační teplota při 760 torr

Obr. 5: Nomogram pro převod teploty při vakuové destilaci na normální tlak Vlastní destilace: Po poklesu tlaku v aparatuře obalte varnou baňku a odlučovací nástavec nehořlavou tkaninou a začněte zahřívat obsah varné baňky. Zapněte topení ze začátku na maximum, dokud nezačne vzorek vřít. Topení poté regulujte tak, aby se rychlost destilace pohybovala v rozmezí 6 - 8 ml·min-1. Po dosažení požadované teploty konce destilace vypněte ohřev baňky a var v baňce zastavte urychleným zavzdušněním dusíkem ze zásobního vaku, který připojíte přes trojcestný ventil. Po vychladnutí rozeberte aparaturu, destilát a rafinát zvažte a aparaturu vymyjte toluenem a acetonem. 11

UPOZORNĚNÍ! Při vakuové destilaci je nutno používat ochranný štít nebo brýle a pracovat s maximální opatrností. Vakuovou destilaci je dovoleno spustit pouze za přítomnosti vedoucího práce!

Stanovení obsahu síry Příprava přístroje: Přístroj (obr. 6) je řízen prostřednictvím PC, kde také probíhá sběr a vyhodnocení naměřených dat v programu TS-100. 3

2

1

4

Obr. 6: Přístroj pro stanovení obsahu síry a dusíku TS-100 Nejprve zapněte počítač a spusťte program k ovládání měření a přístroje samotného pomocí ikona TS-100 na ploše monitoru, po vyžádání zadejte heslo: ts-100. Hlavní okno programu je na obr. 7.

Obr. 7: Hlavní okno programu TS-100 před spojením s přístrojem Dále zapněte samotný přístroj (1) hlavním vypínačem a všechny potřebné detektory (2, 3) stejně jako pec a ozonizér. V dalším kroku spusťte komunikaci mezi ovládacím programem a přístrojem volbou System→System Setup v hlavním menu programu. Nastavení Systém Setup je na obr. 8. Po úspěšném spojení se zvýrazní ikony pro ovládání přístroje a také se zobrazí aktuální údaje o teplotě v peci a průtocích plynů.

12

Následně zapněte vyhřívání pece pomocí ikony plamínku na hlavním okně. Nastavení pece proveďte 800 °C a 1000 °C podle obr. 9. Po potvrzení nastavení tlačítkem OK se zavře okno nastavení a ikona plamínku se zbarví červeně. Zapněte ozonizér pomocí ikony blesku v hlavním okně programu. V okně pro nastavení ozonizéru (obr. 10) stiskněte tlačítko OK a ikona blesku se zbarví žlutě.

Obr. 8: Nastavení Systém Setup

Obr. 9: Nastavení pece

Obr. 10: Nastavení ozonizéru

Podle pokynu vedoucího nastavte citlivosti detekce síry a dusíku pomocí ikon a v hlavním okně programu. Citlivost detekce záleží na očekávaném obsahu jednotlivých prvků ve vzorku. Po vyhřátí pece na nastavené teploty otevřete kohouty na tlakových nádobách a nastavte průtoky plynů v hlavním menu programu volbou System→O2 gas. V okně O2 gas (viz obr. 11) nastavte průtok O2 pro Main i Sub na 330 ml/min. Obdobně nastavte pomocí volby System→Ar gas v hlavním menu průtok Ar na 430 ml/min. Zapněte olejovou vývěvu a větráček ochlazující prostor pro vložení lodičky, jehož vypínač se nachází vpravo na zadním panelu vkládacího zařízení. Obr. 11: Nastavení O2 Přepalování lodičky: Před navážením vzorku je nutné navažovací lodičku vyčistit. Pokud v lodičce není křemenná vata, vložte do ní malý smotek a společně je vložte do otvoru pro vkládání lodičky tak, aby se očkem zachytila na háček vkládacího mechanismu. Okno pro nastavení přepalování otevřete pomocí ikony modrého obdélníčku v hlavním okně programu. Počet přepalování nastavte na hodnotu 5, jak je to na obr. 12. Po stisknutí tlačítka Next se objeví další okno, v něm Obr. 12: Nastavení pro přepalování lodičky stiskněte klávesu OK. Procesu spuštění přepalování dokončete v hlavním okně ovládacího programu stisknutím modře blikajícího tlačítka Start. Navážení: Navažovací lodička se používá se smotkem křemenné vaty. Položte ji na misku analytických vah a na křemennou vatu v lodičce navažte pomocí pipety asi 10 – 20 mg kapalného vzorku. Kalibrace: Po úspěšném nastavení měření a přepálení lodičky proveďte ověření kalibrace. Změřte obsah síry a dusíku ve třech standardech o známém obsahu sledovaných prvků. Vyjměte navažovací lodičku z prostoru modulu dávkování vzorku a navažte do ní vzorek. Vraťte lodičku na 13

HÁČEK v prostoru modulu na aplikaci vzorků. Pro spuštění měření zvolte v menu hlavního okna programu volbu Run→Method. V okně Method (obr. 8) potvrďte přednastavené hodnoty stisknutím tlačítka Run. V tomto okamžiku se objeví hlavní okno programu, kde bude aktivní tlačítko Result Table, které stiskněte. Jako další se objeví okno s tabulkou výsledků Result table, kde stiskněte tlačítko Open Method. V okně Open Method (obr. 149) vymažte poslední měřené vzorky (všechny!). Pokud byste tento krok neprovedli, zůstaly by nastavené názvy a hlavně navážky vzorků. Do prázdné tabulky zadejte název (kolonka Sample ID) a hmotnost (kolonka Sample Size) daného vzorku. Jako jednotky v kolonce Sample Size vyberte mg. Stiskněte tlačítko Today, které vyplní kolonku Sample Date a klikněte na tlačítko Run Method, tím spustíte měření.

Obr. 13: Okno Method Obr. 14: Okno s výsledky Result table Pokud se změřená průměrná hodnota obsahu síry a dusíku liší od známé hodnoty, sestrojte kalibrační křivku jako lineární regresi v grafu závislosti údajů přístroje na obsahu síry ve standardech. K vytvoření grafu a lineární regrese použijte program Excel. Zjištěnou regresní rovnici použijte ke korekci výsledků měření vzorků. Měření obsahu síry a dusíku ve vzorcích: Navážení vzorků a samotné měření proveďte stejně jako během kalibrace. Výsledné hodnoty korigujte pomocí regresní rovnice z kalibrace. Vypnutí přístroje: Vypněte měření pomocí velkého tlačítka EXIT

na hlavním okně

programu. Vypněte pec pomocí ikony plamínku a vypněte ozonizér pomocí ikony blesku . Asi po 15 min zavřete přívod plynů pomocí kohoutů na bombách. Vypněte větráček chlazení vpravo vzadu na modulu aplikace vzorků a nakonec vypněte olejovou vývěvu na chodbě. Nechte klesnout teploty v peci pod 400 °C, vypněte program, všechny detektory, pec a hlavní vypínač na přístroji TOX – 100.

Stanovení skupinového složení Příprava aparatury: Chromatografická separace olejů se provádí na skleněné koloně o délce 700 mm, vnitřním průměru 6,9 mm, opatřené na obou koncích mosaznými koncovkami. Kolonu na spodním konci uzavřete přes teflonové těsnění uzávěrem s kapilárou, mírně utáhněte a kouskem vaty vložené na dno kolony zamezte případnému ucpání kapiláry sorbentem. Spodní polovinu kolony naplňte plně aktivovaným silikagelem (aktivován 24 hod. při 160 °C) a horní polovina plně aktivovanou aluminou (aktivována 8 hod. při 400 °C). Dobrému naplnění kolony napomáhejte vibračním strojkem přikládaným na spodní část kolony. Také horní část kolony uzavřete malým kouskem křemenné vaty a uzávěrem s kapilárou. Takto naplněnou kolona teflonovou kapilárou připojte k čerpadlu předem propláchnutému hexanem.

14

Příprava měření: Do odměrného válce nalijte asi 50 ml hexanu, který se čerpá kolonou zdola nahoru tak, aby se sorbenty smočily a zároveň se z kolony vytlačil vzduch. Rozpouštědlo uvádějte do kolony na konci, jehož polovina je plněná silikagelem. Z kolony vytékající hexan jímejte do druhého odměrného válce. Rozdíl mezi původním množstvím hexanu v odměrném válci na sání čerpadla a množstvím hexanu přítomným v obou odměrných válcích po ukončení smáčení kolony odpovídá mrtvému objemu kolony (V0). Poté kolonu obraťte tak, aby byl silikagel nahoře a eluce mobilních fází mohla probíhat sestupným způsobem. Vlastní měření: V destilační baničce nebo lékovce rozpusťte 0,2-0,3 g oleje (zváženo s přesností na 0,2 mg) v 1 ml hexanu, roztok načerpejte pomocí čerpadla na kolonu, baničku vypláchněte 1 ml hexanu a výplach také načerpejte na kolonu. Vzorek poté eluujte řadou mobilních fází s rostoucí eluční silou podle tab. 2. Po ukončení jímání toluenové frakce obráťte směr toku rozpouštědel kolonou, aby nejpolárnější látky zbylé na silikagelu nepřišly do styku s aluminou, která je silnější sorbent než silikagel, a zamezilo se tím nevratné sorpci nejpolárnějších sloučenin vzorku na alumině. Všechny mobilní fáze čerpejte rychlostí 90 – 100 ml.h-1 a na výstupu je jímejte do odměrných válců. Ze získaných frakcí mobilní fáze odpařte ve zvážených destilačních baňkách na rotačním vakuovém odpařováku, frakce vysušte ve vakuové sušárně (80 °C, 4,4 kPa, 1 hodina) a po vychladnutí je zvažte. Tab. 2: Mobilní fáze použité pro kapalinovou adsorpční chromatografii Mobilní fáze

Čerpané množství (ml) 22 30 30 30

Hexan Hexan-toluen (96:4, obj.) Hexan-toluen (85:15, obj.) Toluen Toluen-diethylether-methanol 30+V0 (20:20:60, obj.)

Jímané množství (ml) 22+V0 30 30 30

Dominující typ sloučenin v eluátu Nasycené uhlovodíky Monoaromáty Diaromáty Polyaromáty

30

Polární sloučeniny

UPOZORNĚNÍ! Řezy mezi jednotlivými frakcemi provádějte na rozhraní dvou elučních rozpouštědel. Při odebírání frakcí je nutno počítat s mrtvým objemem kolony, protože na počátku separace je kolona naplněna hexanem, jehož objem je V0. Na sání čerpadla se proto vyměňují mobilní fáze o mrtvý objem kolony dříve, než se vymění odměrné válce na výstupu z chromatografické kolony.

Stanovení hustoty pomocí hustoměru s oscilační U-trubicí Princip měření: V přístroji je umístěna křemenná kapilára, která je temperována a má konstantní objem. Kapilára se vzorkem je neustále rozkmitávána. Rezonanční frekvence oscilací je závislá na hmotnosti trubice a tedy i hustotě vzorku, který ji vyplňuje. Z periody oscilace přístroj podle kalibračních dat automaticky vypočítává hustotu, která je udávána v g·cm-3 s přesností na čtyři desetinná místa. Přístroj se vyznačuje vysokou přesností, malou časovou náročností a také malou spotřebou vzorku (řádově několik mililitrů). Nástřik vzorku: Nástřik vzorku do U-trubice hustoměru proveďte injekční stříkačkou. Stříkačku v průběhu měření nechávejte v ústí U-trubice. Každé měření vzorku proveďte minimálně dvakrát, pokud rozdíl hodnot dvou měření přesáhne 0,0001 g·cm-3. Při opakovaném měření vzorku propláchněte U-trubici stejným vzorkem. Při měření dalšího vzorku nebo při změně teploty měření, Utrubici dostatečně propláchněte toluenem a následně acetonem p.a. a vysušte ji profouknutím dostatečným množstvím vzduchu. Před nastříknutím dalšího vzorku počkejte na změření hodnoty hustoty vzduchu (0,0012 g.cm-3), která informuje o čistotě U-trubice.

15

Postup měření: Během této práce budete provádět měření na hustoměru Anton Paar DMA 4000. Obsluha spočívá v podstatě ve výměnách vzorku, vymytí měřící cely a nastavení teploty měření. Pro ovládání přístroje použijte ovládací tlačítka na čelním panelu: ▲ /MENU zvýšení vkládané hodnoty / vstup do menu a procházení položek ▼ /PRINT snížení vkládané hodnoty / tisk výsledků ◄ /SAMPLE# posun kurzoru doleva / číslo vzorku ► /METHOD posun kurzoru doprava / výběr metody E /START potvrzení – vstup do položky menu (Enter) / start měření ESC /PUMP zpět do nadřazené úrovně menu / spuštění vzduchové pumpy /HELP nápověda Pro měření a změnu teploty měření využijete následující položky menu přístroje viditelné na displeji:  Measuring window (skok do okna s měřenými údaji)  Unlock (zadání hesla ‚4000‘ pro přístup do nastavení metody)  Method settings  set temperature (nastavení teploty měření) Výslednou hustotu si zapište v okamžiku, kdy se vpravo vedle hodnoty hustoty objeví svislý nápis OK.

Stanovení viskozity a viskozitního indexu Přístroj k měření viskozity se skládá z temperované olejové lázně, ovládacího panelu, vlastních skleněných viskozimetrů, kovového držáku viskozimetru a stojanu pro viskozimetr, který je s viskozimetrem umístěn v temperované lázni. Hodnoty kinematické viskozity zjistěte měřením průtokových časů oleje v průtokovém viskozimetru podle Ubbelohdeho (obr. 15). Kinematickou viskozitu změřte nejprve při 40 °C pro všechny vzorky a posléze při 100 °C opět pro všechny vzorky. Temperace viskozimetru: Je nutno dbát na přesné nastavení teploty temperované lázně (± 0,02 °C), neboť i velmi malá chyba v nastavení teploty termostatu, zejména při 100 °C, vede ke značné odchylce výsledného viskozitního indexu od správné hodnoty. Temperaci vzorku provádějte až při správně nastavené a ustálené teplotě lázně. Vlastní temperace měřeného vzorku trvá nejméně 20 min. Naplnění viskozimetru: Vzorek oleje nalijte nejširším tubusem 1 do viskozimetru tak, aby hladina oleje v dolní nádržce viskozimetru byla mezi ryskami C a D. Naplněný viskozimetr umístěte do stojanu v temperované lázni a připojte hadičky ovládacího panelu (obr. 16) na tubusy 1 a 2. Na tubus 3 připojte hadičku vedenou do odpadní kádinky. Tato hadička musí být po celou dobu měření volně otevřená do atmosféry. Měření doby průtoku: Měření viskozity spustíte zmáčknutím tlačítka „Start“ na ovládacím panelu. Měřený čas v sekundách se zobrazuje na displeji času průtoku, odkud si ho zapište do laboratorního sešitu. Měření doby průtoku vzorku kapilárou provádějte nejméně 3x a pro výpočet

16

Tlačítko Startvnitřní člen

Displej času průtoku

Obr. 15: Kapilární viskozimetr podle Obr. 16: Ovládací panel automatického kapilárního Ubbelohdeho – 1, 2, 3 – tubusy, viskozimetru 4, 5 – baňky, 6 – kapilára, 7, 8 – zásobní baňky na vzorek, A, B – rysky označující protékající objem, C, D – rysky pro plnění vzorku viskozity použijte průměrnou hodnotu. Doba průtoku vzorku kapilárou by měla být nejméně 100 s pro zaručení dostatečné přesnosti měření. Reprodukovatelnost a opakovatelnost měření závisí na typu vzorku a odchylka od průměrné hodnoty by se měla pohybovat do ±0,5 % rel., tj. max ±0,5 s při době průtoku 100 s. V případě, že měření trvalo výrazně kratší dobu, je potřeba vzorek naplnit do viskozimetru s užší kapilárou a s menší konstantou. Z tohoto důvodu většinou nelze provádět měření při 40 °C a 100 °C ve stejném viskozimetru. V případě, že je v lázni příliš tma, je možné lázeň osvětlit lampou umístěnou za lázní viskozimetru. Vyčištění viskozimetru: Po ukončení měření vyjměte viskozimetr ze stojanu a vyndejte ho z lázně. Postavte ho i s držákem do odpadní kádinky kam steče zbytek oleje z lázně. Z vnější strany viskozimetr otřete papírem, a pokud končíte měření, pak ho také omyjte toluenem a acetonem. Vzorek z viskozimetru vylijte a pečlivě ho vypláchněte čistým toluenem a poté acetonem a dokonale vysušte, např. profoukáváním tlakovým vzduchem. Výpočet: Viskozita se vypočte podle vztahu: 𝜈 =𝑘∙𝑡 2 −1 kde ν je kinematická viskozita v mm .s , k je konstanta viskozimetru v mm2.s−2, která je uvedená na každém viskozimetru, a t je doba průtoku oleje viskozimetrem v sekundách. Současně s hodnotou viskozity je třeba uvádět i teplotu, při které byla viskozita změřena. Při výpočtu VI se postupuje způsobem podle ČSN ISO 2909. Data potřebná k výpočtu viskozitního indexu jsou uvedena v tabulce, kterou dodá vedoucí práce. Z přiložené tabulky se odečtou 17

hodnoty L a H, které se podle potřeby lineárně aproximují podle hodnoty změřené viskozity, protože kinematická viskozita se měří na dvě desetinná místa, ale tabelované hodnoty jsou pouze na jedno desetinné místo. Odečtené hodnoty L a H se dosadí do vzorce: 𝐿−𝑈 𝑉𝐼 = ∙ 100 𝐿−𝐻 kde U je změřená kinematická viskozita vzorku při 40 °C. Hodnota viskozitního indexu se zaokrouhluje na celá čísla. L a H jsou hodnoty zjištěné v tabulce podle viskozity vzorku změřené při 100 °C. Jestliže takto vypočítaný VI je vyšší než 100, je potřeba VI vypočítat znovu, ale podle jiného vzorce: (𝑙𝑜𝑔𝐻 − 𝑙𝑜𝑔𝑈) 10 ∙ 𝑁 − 1 𝑉𝐼 = + 100, 𝑘𝑑𝑒 𝑁 = 0,00715 𝑙𝑜𝑔𝑌 přičemž Y je změřená kinematická viskozita vzorku při 100 °C.

Stanovení oxidační stability Popis měřícího přístroje: K laboratorní práci bude použit přístroj PetroOxy tester, což je jednomístný automatický přístroj ke stanovení oxidační stability testovaných vzorků. Testování oxidační stability se provádí v reakční nádobě přístroje, do které se odměří 5 ml vzorku a po jejím uzavření a startu testu se reaktor automaticky natlakuje kyslíkem ze zásobní lahve na tlak podle zvoleného programu. Po natlakování reaktoru kyslíkem začne automatický ohřev vzorku na zvolenou teplotu. Po ohřátí vzorku na zvolenou teplotu vzroste tlak v reaktoru na asi 1000 kPa, přístroj od startu během celého testu zaznamenává tlak v reaktoru každou minutu a při poklesu tlaku o 10 % proti maximálnímu tlaku v reaktoru vlivem spotřebovaného kyslíku na oxidaci vzorku, ukončí test a zobrazí výsledek. Výsledkem je čas oxidační stability od startu testu do příslušného poklesu tlaku v reaktoru. Popis jednotlivých částí přístroje je na obr. 17 a popis ovládacího panelu je na obr. 18.

Obr. 17: Popis součástí přístroje

18

Obr. 18: Popis ovládacího panelu Start přístroje: Přístroj zapněte kolébkovým spínačem, který je umístěn na jeho zadní straně nad elektrickou zásuvkou. Po zapnutí přístroj provede vlastní kontrolu systému. Pokud byl kryt přístroje uzavřen, přístroj zvedne zadní stranu víka, vyčkejte, až zazní zvukové znamení a displej zobrazí hlavní menu. Přístroj má 3 položky hlavního menu (viz obr. 19): TEST RUN: zadání parametrů testu (teplota, plnící tlak, název vzorku) HISTORY: zobrazení výsledků předešlých testů CONFIG AND SERVICE: servisní účely

Obr. 19: Hlavní menu přístroje PetroOxy Volba testovaného programu, příprava testu: Pokud v hlavním menu bliká TEST RUN, stiskněte ENTER nebo funkční tlačítko pod SET. Znovu stiskněte funkční tlačítko pod SET a na displeji bliká označení vzorku. Stiskněte tlačítko ŠIPKA VPRAVO a bliká označení programu, stiskněte tlačítko ŠIPKA NAHORU (nebo DOLŮ) a vyberte testovací program OLEJE. Start testu: Po zvolení vhodného programu pro testování vzorků stiskněte RUN, pokud displej zobrazí hlášení NOT READY TO START, STARTTEMP NOT OK, je teplota reakční nádoby nad požadovanou teplotou a přístroj začne chladit reaktor. Je-li nádoba vychlazena, displej zobrazí hlášení FILL IN SAMPLE, CLOSE SCREW CUP, což znamená, že máte nádobu naplnit vzorkem. Odklopte víko a odšroubujte uzávěr nádoby, vyjměte starý těsnící O-kroužek a nádobu vytřete ubrouskem do sucha. Pak do jeho středu napipetujte 5 ml ± 0,1 ml vzorku, vložte nový těsnící O-kroužek, uzavřete nádobu a stlačte funkční tlačítko pod READY. Zobrazí se CLOSE SAFETY HOOD, sklopte poklop, jakmile zámek poklopu zacvakne, zobrazí se MOVE SAFETY HOOD, přidržte tlačítko ŠIPKA DOLŮ, až se zavře zadní část poklopu na doraz, tím začíná automatický průběh testu, po jehož ukončení se na displeji zobrazí výsledek. Obsah displeje po nastavení a spuštění testu je na obr. 20. 19

Obr. 20: Displej při spuštěném testu Ukončení testu: Po ochlazení reakční nádobky na teplotu startu se a po poklesu tlaku stiskněte funkční tlačítko pod NEXT a poté tlačítko pod ESC. Odklopte kryt, na displeji se objeví OPEN SCREW CUP, REMOVE SAMPLE AND O-RING. Pak odšroubujte uzávěr nádobky a plastovou pipetou odsajte zbylý vzorek, vyjměte těsnící O-kroužek a vyhoďte jej. Celou nádobku vytřete do sucha ubrouskem, dávejte pozor, aby nedošlo k ucpání malého kyslíkového otvoru v reaktoru. Stiskněte tlačítko pod READY, po přečištění je přístroj připraven k dalšímu testování.

POŽADAVKY NA PROTOKOL Při zpracování protokolu se řiďte dokumenty: Laboratorní protokol – zásady vypracování Vzor laboratorního protokolu V protokolu musí být uveden stručný úvod k hydrogenaci i jednotlivým analýzám. Dále postup práce u jednotlivých analýz a výsledky. U skupinového složení uveďte mrtvý objem kolony (V0), navážku v g a doplňte tabulku viz níže. Součástí protokolu jsou následující tabulky, které zahrnete do patřičných kapitol protokolu: Tab. 3: Podmínky hydrogenační rafinace Parametr Teplota reaktoru (°C) Tlak (MPa) Objemová rychlost suroviny (g·h-1)

Hodnota

Tab. 4: Vlastnosti suroviny a produktu Parametr Výtěžek (% hm.) Obsah síry (% hm.) Obsah dusíku (% hm.) Skupinová analýza (% hm.) Nasycené uhlovodíky Monoaromáty Diaromáty Polyaromáty Polární sloučeniny Celkem Viskozita (mm2·s-1) při 40 °C při 100 °C Viskozitní index

Surovina

Hydrorafinát

-

20

Hustota (g/cm3) Oxidační stabilita (min)

KONTROLNÍ OTÁZKY Upozornění!!! Otázky při zkoušení se mohou lišit, níže vypsané otázky jsou pouze orientační.

Hydrogenační rafinace 1) 2) 3) 4) 5) 6)

Jaké je chemické složení ropných olejů? Vysvětlete smysl rafinace olejů. K jakým reakcím dochází při hydrogenační rafinaci olejů? Je hydrogenační rafinace exotermní nebo endotermní reakce? Jaké se používají katalyzátory? Čím se dezaktivují katalyzátory?

Vakuová destilace 7) 8) 9) 10) 11)

Proč se provádí vakuová destilace produktu hydrogenační rafinace? Jak závisí teplota bodu varu na tlaku? Jaká je požadovaná teplota konce bodu varu destilátu při normálním tlaku? Proč je výhodnější vakuová destilace než destilace za normálního tlaku? Jak se zjistí požadovaná teplota konce destilace?

Stanovení obsahu síry 12) 13) 14) 15) 16)

Jak ovlivňuje obsah síry kvalitu mazacích olejů? Princip stanovení síry v ropných produktech. Proč je snaha o co nejnižší obsah síry v ropných produktech. Jakými způsoby se odstraňují sirné sloučeniny z mazacích olejů. Proč je většina sirných sloučenin v mazacích olejích nežádoucí.

Stanovení viskozity a viskozitního indexu 17) 18) 19) 20) 21) 22) 23) 24)

Co je viskozitní index, proč je důležitým parametrem mazacích olejů? Jaký má být VI olejů pracujících při tepelných změnách? Proč? Jak se mění viskozita olejů s teplotou? Jaký je princip stanovení VI? Jak se mění viskozita v závislosti na skupinovém složení? Jaký je princip měření viskozity v Ubbelohdově viskozimetru? Při jaké teplotě se měří viskozita nutná pro výpočet VI? Jaký má VI rozměr?

Stanovení skupinového složení 25) 26) 27) 28) 29)

Skupinová analýza vysokovroucích ropných frakcí, její význam a použití. Jaký je princip dělení při kapalinové adsorpční chromatografii (LSC)? Co je postupná eluce? Co je mrtvý objem kolony, jak se měří? Jaké se používají adsorbenty při LSC?

Stanovení hustoty 30) 31)

V jakém pořadí roste hustota jednotlivých typů uhlovodíků? Na čem je závislá hustota?

Stanovení oxidační stability 32) 33)

Co ovlivňuje oxidační stabilitu ropných látek? Co mohou způsobovat látky se špatnou oxidační stabilitou?

21