Определение содержания серы и сернистых

СОЕДИНЕНИИ

Во всех нефтях в разных количествах содержатся сераорганические соединения. Основная масса их концентрируется в высокомолекулярных фракциях (масла, мазуты, гудроны). Но химической природе они представляют собой главным образом центральные соединения типа сульфидов с алифатическими и циклическими радикалами и гетероциклические соединения типа гомологов тиофана и тиофена с различным количеством циклов в молекуле. В некоторых нефтях найдены также в незначительном количестве свободная сера, сероводород, низкомолекулярные меркаптаны и дисульфиды. Эти же вещества, как правило, присутствуют и в дистиллятных нефтепродуктах. Большинство из них, вероятно, имеет вторичное происхождение. Сероводород и меркаптаны образуются при термическом разложении высокомолекулярных сернистых соединений. Сера накапливается в результате окисления сероводорода, а дисульфиды — при окислении меркаптанов.

О суммарном количестве сернистых соединений в нефтях и нефтепродуктах судят по результатам анализа на содержание серы. Этот показатель является важнейшей технологической характеристикой сырой нефти.

При исследовании сераорганических соединений, входящих в состав нефти и ее отдельных фракций, применяют различные варианты группового анализа сернистых соединений, предусматривающие комплексное использование химических и физико-химических методов. Для нефтепродуктов сернистые соединения являются очень вредной примесью. Они токсичны, придают нефтепродуктам неприятный запах, вредно отражаются на антидетонационных свойствах бензинов, способствуют смолообразованию в крекинг-продуктах и, главное, вызывают коррозию металлов. Наиболее опасны в этом отношении самые активные сернистые соединения — сероводород, низшие меркаптаны, а также свободная сера, которые сильно разрушают металлы, особенно цветные. Поэтому присутствие этих веществ крайне нежелательно и для большинства нефтепродуктов недопустимо. Но и остальные сернистые соединения: сульфиды, дисульфиды, тиофаны, тиофены и другие нейтральные вещества — могут в известных условиях оказаться ответственными за возникновение коррозии. Дело в том, что при сгорании топлива все сернистые соединения превращаются в SO₂ и S0₃. При низких температурах, когда получающиеся при сгорании или находящиеся в воздухе водяные пары конденсируются, эти окислы превращаются в соответствующие кислоты, что, конечно, тоже вызывает сильную коррозию. Кроме того, присутствие в продуктах горения S0₃ сильно повышает точку росы. Так, например, при сжигании сернистых мазутов накопление S0₃ в дымовых газах повышает температуру конденсации водяных паров на 50 град и, следовательно, даже при обычных температурах будет образовываться серная кислота и возникать коррозия. Чем больше сернистых соединений в топливе, тем сильнее опасность этой кислотной коррозии. Необходимо также иметь в виду, что при повышенных температурах нейтральные сернистые соединения могут разлагаться с выделением сероводорода и меркаптанов.

Сера является нежелательным компонентом и в сырье для производства сажи. В процессе получения сажи серусодержащие соединения образуют сернистый газ, сероводород, сероуглерод. Эти газы, попадая в окружающее пространство, засоряют воздушный бассейн, особенно в том случае, когда применяется сырье с содержанием около 3% серы. Кроме того, сера переходит в сажу в свободном и связанном состоянии.

В связи с вредным влиянием сернистых соединений в технические требования на нефтепродукты введены следующие показатели.

Содержание серы нормируется для всех видов топлива, их компонентов, осветительных керосинов, бензинов-растворителей и некоторых нефтяных масел. Наиболее жесткие нормы по содержанию серы установлены для карбюраторных и реактивных топлив и бензинов-растворителей (0,02—0,1%). Среднее положение по этому показателю занимают тракторные керосины и дизельные топлива (0,2—1%). Больше всего допускается серы в котельном топливе (0,5—3,5%). Поэтому сжигание сернистых мазутов проводят по специальным инструкциям во избежание отравления персонала дымовыми газами. Следует отметить, что для некоторых специальных масел (трансмиссионное, для гипоидных передач, для коробок передач и рулевого управления) и для смазочно-охлаждающей жидкости сульфофрезол нормируется не высший, а низший предел содержания серы (не менее 0,9—1,7%), так как в этих нефтепродуктах присутствие серы улучшает их специфические свойства (липкость, маслянистость).

Содержание сероводорода — качественная проба. Отсутствие сероводорода нормируется для топлива Т-2 и для некоторых дизельных и котельных топлив.

Содержание меркаптановой серы нормируется для топлив Т1-С, Т-2 — не более 0,01 % и отсутствие — для бензинов-растворителей.

Испытание на медную пластинку — качественная проба на свободную серу и активные сернистые соединения. Это испытание на коррозию медной пластинки должны выдерживать карбюраторные, реактивные и дизельные топлива.

Определение содержания общей серы

Для определения количественного содержания в нефтях и нефтепродуктах так называемой «общей серы», т. е. серы, входящей в любые органические соединения, предложено большое число химических и физических методов анализа. Физические методы основаны на способности элементов поглощать с различной интенсивностью рентгеновские и радиоактивные излучения. При текущем лабораторном контроле эти методы пока не применяются ввиду сложности оборудования, но вполне вероятно, что в недалеком будущем они найдут широкое распространение как методы автоматического контроля качества нефтепродуктов в потоке.

Сущность всех химических методов анализа заключается в том, что сера, входящая в состав сераорганических соединений, количественно переводится либо в сероводород методом гидрирования, либо путем окисления в окислы серы. Образовавшиеся сероводород или окислы серы затем легко определяются обычными химическими или физико-химическими методами количественного анализа. Из этих двух направлений наиболее широкое распространение получили окислительные методы. Следует, однако, отметить, что при микроанализе тяжелых нефтепродуктов, содержащих значительные количества серы, метод деструктивной гидрогенизации над платиновым катализатором имеет некоторые преимущества перед стандартным окислительным методом (сожжение в бомбе). Ввиду значительного различия нефтепродуктов между собой как по фракционному составу, так и по физическим свойствам, единых универсальных условий полного окисления сернистых соединений, входящих в их состав, подобрать не удается. Поэтому для различных нефтепродуктов применяются методы, значительно отличающиеся друг от друга как по аппаратурному оформлению, так и по применяемому окислителю.