Химия нефти и газа

- общее давление насыщенных  паров

- давление насыщенных паров  компонента при заданной температуре

- мольные концентрации компонентов 

4) Вязкость.

Вязкость характеризует прокачиваемость нефти, при тронспартировании ее по трубопроводам, прокачиваемость топлив двигателя внутреннего сгорания.

Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость

динамическая  – η [пуаз]

В технологических  расчетах чаще пользуются кинематической вязкостью – ν [см³/с]

Кинематическая  вязкость равна:

Для высоковязких нефтей пользуются условной вязкостью  – ВУ, под которой понимают отношение  времени истечения из стандартного вискозиметра определенного объема испытуемой жидкости по времени истечения такого же количества дисцилированной воды при 20⁰С. 

ВУ=[УЕ]

Вязкость  жидких нефтей и нефтепродуктов определяют температурой их выкипания, т. е. химическим составом. Чем выше температура выкипания, тем больше ее вязкость. Наивысшей вязкостью обладают битуминозные нефти, остатки от перегонки и асфальто-смолистые вещества.

Для масел  очень важен индекс вязкости (ИВ), который оценивает эксплуатационные свойства масел. Чем выше ИВ, тем лучше масло. Вязкость имеет свойство изменяться от температуры. Чем выше температура, тем ниже вязкость.

С повышением давления вязкость увеличивается.

Вязкость  смеси определяется по формуле: 

 

- количество взятых компонентов 
 

Характерные температуры – это температуры, которые характеризуют те или иные физические переходы нефтепродуктов, к ним относятся:

- температура  вспышки

- температура  воспламенения

- температура  самовоспламенения

- температура  кристаллизации

- температура  застывания

- температура  плавления

- температура  разложения

- температура  хрупкости. 
 

Температура вспышки - температура, при которой нефть и нефтепродукт, нагреваемый в стандартных условиях, выделяет такое количество паров, которое образует с окружающем воздухом горючую смесь, вспыхивающую, при поднесению к ней пламени.

Температура вспышки тесно связана с температурой кипения. Чем легче фракции нефти, тем ниже температура вспышки.

Температура вспышки бензиновой фракции отрицательна (- 40⁰С).

Температура вспышки керосиновой фракции (28-60⁰С)

Масляных (130-325⁰С)

Для масляных фракций температура вспышки  показывает наличие легкоиспаряющихся  углеводородов. 

Температура воспламенения.

Температурой  воспламенения называют минимально допустимую температуру, при которой  смесь паров нефти или нефтепродуктов над его поверхностью при поднесении пламени вспыхивает и не гаснет в течение определенного времени, т. е. концентрация горючих паров такова, что даже при избытке воздуха горение поддерживается. 

Температурой  самовоспламенения называется температура, при которой при прикосновении нефти с воздухом вызывает его воспламенение и устойчивое горение без поднесения источника огня. 

Температура застывания.

Большое значение при транспортировании  и применении в зимних условиях имеет  подвижность при низких температурах. Температура, при которой нефть в стандартных условиях теряет подвижность называется температурой застывания. Потеря подвижности может быть связана либо с повышением вязкости нефти или нефтепродукта либо образовывать множество кристаллов парафинов и загрязнение всей системы. Форма кристаллов зависит от химического состава углеводородной среды, скорости их роста, скорости охлаждения системы. Смолистые и некоторые другие поверхтностные активные вещества адсорбируясь на поверхности кристалла способны задерживать процесс кристаллизации парафинов, поэтому при определении температуры застывания проводится термическая обработка.

Важным  показателем для масел является температура застывания. Существуют вещества, которые при добавлении к минеральным маслам понижают ее температуру вязкости, называют их диприсаторами. 

Фракционный состав.

Фракционным составом называют зависимость количества выкипающего продукта от повышения  температуры кипения. Такая зависимость  имеет место  для любых смесей разнокипящих веществ. Для индивидуальных веществ с определенной температурой кипения такой зависимости нет, так как вещество начинает кипеть и выкипает при одной и той же температуре, называемой температурой кипения.

В основе всех методов определения фракционного состава нефти лежит дисциляция – это тепловой процесс разделения сложной смеси углеводородов нефти на отдельные фракции с различными температурными интервалами кипения, путем испарения нефти. 

Электрические свойства нефти и  нефтепродуктов

Электрические свойства продукции нефтяных скважин являются характеристиками, которые необходимо учитывать для оценки возможностей накопления зарядов статического электричества, определения параметров электрообезвоживания и обессоливания нефтей, создание приборов и средств контроля и управления технологическими процессами, добычи, сбора, подготовки воды и нефти. Под электрическими свойствами обычно понимают явления, происходящие в них под действием электричества. Важнейшими показателями, характеризующими эти свойства, являются: электропроводимость, электровозбудимость, диэлектрическая прочность и тангенс угла диэлектрических потерь.  

Электропроводимость

Величина  обратная электрическому сопротивлению. Для нефти и нефтепродуктов это  очень малая величина, т.е. нефти и нефтепродукты являются хорошими диэлектриками. Это дает основание применять их в качестве изолированной среды в самых различных электрических и электронных аппаратов высокого напряжения. 

Электровозбудимость

Это свойство нефти и нефтепродуктов накапливать и удерживать статический электрический заряд, возникающий от трения при их движении. Величина такого заряда может достигать сотни вольт. Это может стать причиной взрывы или пожара, если от этого заряда возникнет искра паровоздушной среды. Предотвращают такую опасность двумя путями: заземлением коммуникаций, по которым перекачивается нефтепродукт или добавлением к нему антистатических присадок. 

Диэлектрическая прочность или  пробивное напряжение

 Это  минимальное напряжение электрического  поля, при котором между двумя дисками электродов, помещенными в нефтепродукт на расстоянии 2,5мм друг от друга проскакивает электрическая искра. Этот показатель очень важен для всех электрических аппаратов высокого напряжения заполненных нефтью или нефтепродуктом, т.к. он определяет их безопасную и устойчивую работу.

Величина  пробивного напряжения зависит от многих факторов, таких как 

• химический состав
• содержание влаги
• содержание механических примесей
• температуры
• давления

 
 

Тангенс угла диэлектрических  потерь

Это показатель изоляционных свойств масел, используемых в трансформаторах высокого напряжения. 
 

ТЕПЛОВЫЕ  СВОЙСТВА НЕФТИ

В технологических  процессах сбора и подготовки продукций скважин, материальные потоки часто нагревают и охлаждают. Для ведения этих процессов, расчетов и проектирования аппаратуры необходимо знать тепловые свойства нефтей, газа и воды. К ним относятся все известные тепловые физические величины:

• теплоемкость
• теплопроводность
• энтальпия
• теплота сгорания

 

В практике обычно используют понятие удельной теплоемкости, подразумевая под этим то количество теплоты (кДж), которое необходимо для нагрева 1 кг вещества на 1 ⁰С. С повышением плотностей нефтей их теплоемкость снижается. С повышением температуры теплоемкость нефти увеличивается. Для метанового газа удельную теплоемкость можно рассчитать по формуле: 

С_{ср(тепл)} = q/(T₂ – T₁) 
 

q – количество тепла, затрачиваемое на нагрев 1 кг вещества от температуры Т₁ до Т₂, (Дж); 

Удельная  теплоемкость нефти существенно  зависит от химического строения и состава нефти. Обычно её определяют не экспериментальным путём, а по формулам, номограммам  и графикам.

Теплопроводность  – это процесс передачи теплоты  по средствам теплового движения молекул или атомов, и характеризует  распространение тепла в различных  веществах.

Теплопроводность – это количества тепла, которое проходит в единицу времени через единицу поверхности при разности температур в 1 ⁰С на единицу длины в направлении теплового потока.

Наибольшая  теплопроводность у твердых нефтепродуктов, жидкие занимают промежуточное положение и наименьшее у газов и паров.

Для жидких нефтей и нефтепродуктов теплопроводность падает с повышением температуры, противоположность  этому для углеводородных газов  и нефтяных паров теплопроводность растёт с повышением температуры  и снижается с увеличением их мольной массы.

Энтальпия.

Для жидких нефтей и нефтепродуктов под энтальпией понимают суммарное количество тепла, которое затрачивается на нагрев в единицу массы нефти и  нефтепродуктов от 0 до заданной температуры. Значение энтальпии вычисляется по формулам, приводимым в справочниках в виде таблицы.

Количество  тепла, выделяющееся при полном сгорании в единицу массы нефти или  нефтяного топлива, называют теплотой сгорания. Это важнейшая величина, характеризующая потенциальный  запас энергий в топливе. Различают высшую (Q_в) и низшую (Q_н) теплоту сгорания. Q_в отличается от Q_н на количество теплоты, которое выделяется при конденсации водяных паров, образовавшихся в процессе сгорания топлива. Обычно, в расчетах пользуются низшей теплотой сгорания, т.к. при сжигании топлива образовавшиеся водяные пары уносятся вместе с дымовыми газами. Теплоту сгорания нефти и жидких у/в определяют экспериментально (сжигают определенную навеску специальным прибором колориметром; на практике чаще всего теплоту сгорания рассчитывают по эмпирическим формулам).  
 

Q_в = 12400 – 2100(r₁₅¹⁵) 

Q_н= 10090 + 755r₁₅¹⁵ – 2100 r₁₅² 

Где r₁₅^{15 и} r₁₅² – относительные плотности топлива, измеренные при 15⁰С и 2⁰С. 
 

ОПТИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА НЕФТИ И  НЕФТЕПРОДУКТОВ

По  оптическим свойствам нефтей и нефтепродуктов можно косвенно судить о содержании в них асфальто-смолистых веществ, о превалировании тех или иных групп у/в, о возрасте и происхождении нефти. К оптическим свойствам нефтей и нефтепродуктов относятся:

• цвет
• лучепреломление (рефракция)
• оптическая активность

Нефти встречаются от светло-желтого, темно-коричневого  и черного цвета. Лёгкие нефти  желтого цвета, средние – янтарного  и тяжелые – черного цвета. Цвет нефтям придают асфальто-смолистые  вещества, продукты окисления у/в  и ароматические у/в. Для определения цвета используют приборы. По показателям преломления (рефракции) примерно можно судить о групповом у/в составе нефти или нефтепродуктов, а в сочетании с плотностью и молекулярным весом рассчитать структурно-групповой состав нефтяных фракций. Для нефтепродуктов показатель преломления определяют прохождением светового луча из воздуха в нефтепродукт, поэтому он всегда выше 1. Чем больше плотность, тем выше его показатель преломления.