Свойства и состав нефти


Свойства и состав нефти

Свойства и состав нефти

Нефть – это жидкий горючий маскообразный минерал, имеющий окраску от светло-желтой до темно-коричневой и почти черной. Нефть в основном состоит из углерода (83–87%) и водорода (12–14%), входящих в состав сложной смеси углеводородов. Углеводородная часть нефти состоит из парафиновых (алканов), нафтеновых (цикланов) и ароматических углеводородов. Газообразные парафиновые углеводороды, от метана до бутана включительно, присутствуют в нефти в растворенном состоянии и при выходе нефти на поверхность выделяются из нее в виде попутных газов. Жидкие парафиновые углеводороды, от гептана до пентадекана включительно, составляют основную жидкой часть нефти. Твердые парафиновые углеводороды (от гексадекана) растворены в нефти и могут быть выделены из нее.

Нафтеновые углеводороды в нефтях представлены главным образом производными циклопентана и циклогексана. Ароматические углеводороды представлены в небольшом количестве в виде бензола и его гомологов. Имеются и высокомолекулярные соединения в виде смол и асфальтовых веществ. Кроме углеводородной части, в нефти содержатся небольшая не углеводородная часть (соединения серы, азота и кислорода) и механические примеси. Всего нефть содержит около сотни различных соединений.

Одной из важнейших характеристик всякого бензина является его детонационная стойкость. Детонация – это чрезмерно быстрое сгорание, с большой скоростью и со взрывом.

При быстром преждевременном сгорании в автомобильном двигателе бензин вызывает сильный износ деталей, происходит взрывное сгорание бензина. Что бы устранить этот недостаток в бензин часто добавляют различные соединения – антидетонаторы, например тетраэтилсвинец (его использование резко сокращают из-за сильной ядовитости) и циклопентадиенилмарганецтрикарбонил (высокоэффективный антидетонатор), а так же добавление высокооктановых компонентов – изооктана, изопентана и этилбензола.  Для количественной характеристики детонационной стойкости бензинов выработана октановая шкала. В ней каждый углеводород и каждый сорт бензина характеризуется определенным октановым числом. Октановое число изооктана (2,2,4-триметилпентана), обладающей высокой детонационной стойкостью, принято за 100. Октановое число н-гептана, чрезвычайно легко детонирующего, принято за 0. Смеси гептана и изооктана имеют октановые числа, равные содержанию (в процентах) изооктана в них. Пользуясь такой шкалой, определяют октановые числа бензинов.

 

Перегонка нефти

Установка для перегонки нефти представляет собой трубчатую печь для нагревания нефти и ректификационной колонны, где нефть разделяется на фракции – отдельные смеси углеводородов в соответствии с их температурами кипения – бензин, лигроин, керосин и т.д. После нагревания нефти в трубчатой печи в змеевике, пары нефти попадают в ректификационную колонну. В ней горизонтально расположены несколько десятков перегородок с отверстиями. Пары нефти, поступая в колонну, поднимаются вверх и проходят через отверстия в перегородках. Постепенно охлаждаясь при своем движении вверх, они сжижаются на тех или иных перегородках в зависимости от температур кипения.

В процессе перегонки нефти компоненты (фракции) нефти отгоняются в порядке возрастания их температур кипения: бензиновая фракция от пентана до декана перегоняются в пределах до 180С, керосиновая – 120-315С, керосино-газойливая – 180-350С (от нонана до пентадекана). Из этих фракций вырабатываются так называемые светлые нефтепродукты: авиационные и автомобильные бензины; бензины-растворители; керосины; различные сорта дизельного топлива. Выход бензина при перегонке составляет от 5 до 20%. После отбора светлых нефтепродуктов остается мазут, из которого в процессе переработки при температуре свыше 300С получают смазочные и специальные масла. Остаток после разгонки мазута (выше 500С) называется гудроном, из которого получают битум и высоковязкие смазочные вещества.

 

studfiles.net

Физические свойства нефти.

Физические свойства нефти.

Измерение физических пара­метров нефти позволяет определить их товарные качества. Не­которые параметры (плотность, вязкость и др.) используются при расчете и проектировании разработки месторождений, неф­тепроводов, транспортирования нефти и т. д. В геологии из физических параметров наибольшее значение имеют плотность, оптическая активность, люминесценция и некоторые другие.

Плотность определяется количеством массы в единице объема. Единицей плотности является кг/м3. На практике поль­зуются относительной плотностью, которая представляет собой отношение плотности нефти при температуре 20 °С к плотности воды при 4 °С. Плотность (относительная) нефти колеблется чаще всего в пределах 0,82—0,92. Как исключение встречаются нефти плотностью меньше 0,77 (дистилляты естественного фрак­ционирования нефтий) и тяжелые, густые асфальтоподобные нефти, плотность которых превышает 1,000 (остатки есте­ственного фракционирования). Различия в плотности нефти связаны с количественными соотношениями углеводородов от­дельных классов. Нефти с преобладанием метановых углеводо­родов легче нефти, богатых ароматическими углеводородами. Плотность смолистых веществ нефти выше 1,000, поэтому чем больше их в нефти, тем выше ее плотность.

Плотность нефти зависит от соотношения количества легкокипящих и тяжелых фракций. Как правило, в легких неф­тях преобладают легкокипящие (бензин, керосин), а в тяже­лых—тяжелые компоненты (масла, смолы). Поэтому плот­ность нефти дает первое приближенное представление о ее составе.

Плотность нефти в пластовых условиях меньше, чем на зем­ной поверхности, так как в пластовых условиях нефти содер­жат растворенные газы.

Застывание и плавление нефти происходит при различных температурах. Обычно нефти в природе встречаются в жидком состоянии. Однако некоторые нефти загустевают при незначительном охлаждении. Температура застывания нефти зависит от ее состава. Чем больше в ней твердых парафинов, тем выше ее температура застывания. Смолистые вещества ока­зывают противоположное влияние — с повышением их содер­жания температура застывания понижается.

Вязкость—свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению ее частиц при движении. Различают динамическую (абсолютную) вязкость нефти и кинематическую .

Динамическая вязкость выра­жается величиной сопротивления  взаимному переме­щению двух слоев жидкости с поверхностью 1 см2, отстоящих друг от друга на 1 см, при относительной скорости перемеще­ния 1 см/с. За единицу динамической вязкости принят пуаз (П) с размерностью дин*с/см2.

Кинематическая вязкость представляет собой отношение ди­намической вязкости данной жидкости к ее плотности при той же температуре. Единица кинематической вязкости – стокс, равный см2/с (в системе СИ — м2/с).

Из различных углеводородов, составляющих нефть, наимень­шей вязкостью обладают парафиновые, а наибольшей—на­фтеновые.

Испаряемость. Испарение – процесс перехода жидкости у поверхности на открытом воздухе из жидкого состояния в парообразное. При этом нефть теряет наиболее лёгкие фракции. Если нефть находится в закрытых резервуарах, то при определённых условиях возможно испарение до какой-то предельной величины.

Давление насыщения. В пластовых условиях важным свойством нефти является давление насыщения нефти газом. Это наименьшее давление, при котором нефть полностью насыщается газом, или давление, при незначительном снижении которого из смеси появляются пузырьки газа.

Удельная теплоёмкость. Удельная теплоёмкость нефти – количество тепла, которое необходимо затратить для нагревания 1г нефти на 1°С. Удельная теплоёмкость колеблется в пределах 0,4 – 0,5 кал (г*°С)-1­­­­. С повышением плотности нефти она уменьшается.

Растворимость. Нефти и нефтепродукты легко растворяются в органических растворителях: бензине, хлороформе, сероуглероде и др. Растворимость нефти в воде мала. Так, в 1м3 воды может раствориться 270г керосина. Нефть и её продукты являются хорошим растворителем для ряда веществ: йода, серы, каучука, многих смол и растительных и животных жиров. Нефть ничтожно мало растворяет воду в количествах, измеряемых тысячными долями процента.

Электропроводность. Нефть и её производные по отношению к электрическому току являются изоляторами.

studfiles.net

2. Нефть. Физико-химические свойства нефти

2. Нефть. Физико-химические свойства нефти

Нефть и газ – природные горючие ископаемые. Примерное соотношение различных природных горючих ископаемых в земной коре:

- угли и сланцы – 95,8%;

- торф – 3,4%;

- нефть – 0,7%;

- газ природный – 0,1%.

Природная нефть представляет собой раствор углеводородов различного состава и строения. Это дисперсная система жидких углеводородов, в которой растворены газообразные и твердые вещества. На вид  это маслянистая жидкость. Физико-химические свойства нефти зависят от ее месторождения.

По внешнему виду нефть — это маслянистая жидкость с характерным, в отдельных случаях резким неприятным запахом. Обычно нефти темно-коричневого цвета, реже желтого, но бывают и светлые, почти неокрашенные. Цвет нефтей меняется в пределах одного месторождения. Существуют «белые» и «красные» нефти. «Белая» нефть – прозрачная, почти бесцветная жидкость малой плотности и имеет газоконденсатное происхождение. «Красная» нефть плотнее, она богата бензино-керосиновыми фракциями. Цвет нефтям и нефтепродуктам придают содержащиеся в них высокомолекулярные вещества. Гептан и октан, входящие в состав бензиновых фракций, - бесцветные жидкости с плотностью соответственно 0,780 и 0,785 г/см3. Плотность и цвет конденсированных ароматических углеводородов колеблется в пределах от 0,85 до 0,90 г/см3.

Плотность

Это один из важнейших и широко употребляемых показателей качества нефтей и нефтепродуктов.

Плотность определяется как масса единицы объема при определенной температуре и измеряется в кг/м3, г/см3 или г/мл. На практике имеют дело чаще с безразмерной величиной - относительной плотностью. Относительной плотностью () нефти или нефтепродукта называется отношение их массы при температуре определения (tопр) к массе чистой воды при стандартной температуре (tст), взятой в том же объеме.

В качестве стандартных температур для воды и нефтепродукта в США и Англии приняты 15,6 0С (60 0F), в других странах, в том числе и в России, приняты стандартная температура tст = +4 0С, а температура определения tопр = +20 0С. Относительная плотность обозначается . Для большинства нефтей и нефтяных фракций в интервале температур от 0 до 500С зависимость плотности от температуры имеет линейный характер, что выражается формулой

,

где t1 - начальная температура определения, 0С;

t2 - конечная температура измерения;

- температурная поправка изменения плотности на 1 0С при t2 - t1 = 1;

и - плотность вещества при температуре t1 и t2 соответственно.

Значение поправок для нефтепродуктов можно вычислить по формуле

Если определение ведется при температуре t, то, пользуясь той же формулой, можно рассчитать

.

Относительные плотности углеводородов возрастают в ряду:

алканы < олефины < нафтены < ароматические углеводороды (арены).

Чем светлее нефть, тем больше в ней легкокипящих углеводородов и меньше плотность. С повышением содержания в нефти смол и твердых углеводородов она темнеет, увеличивается вязкость, плотность и молекулярная масса. Электропроводность нефтей и нефтепродуктов низкая, но с повышением температуры она несколько увеличивается. Скрытая теплота испарения (тепло, необходимое для превращения единицы массы кипящей жидкости в пар при той же температуре) высококипящих фракций составляет примерно 350 Дж, а низкокипящих (бензиновых) — около 180 Дж.

Плотность всех нефтей на земле колеблется от 0,75 до 1,03 (обычно 0,82— 0,95) г/см3.

Плотность большинства нефтей находится в диапазоне 0,770-0,840 г/см3, плотность более тяжелой нефти достигает 1,040 г/см3. По плотности выделяют: легкую нефть – 0,650 – 0,870 г/см3, среднюю – 0,871 – 0,910 г/см3, тяжелую – свыше 0,910 г/см3. (Для сравнения  вода – 0,998 г/см3; керосин – 0,800 г/см3; бензин – 0,700 – 0,800 г/см3; сталь – 7,700 г/см3).

Нефти из газоконденсатных месторождений очень легкие = 0,750 - 0,770 г/см3. На величину плотности нефти влияет много факторов. Главные из них – содержание растворенных газов и смол, фракционный, а для дистиллятов также и химический состав. Дистилляты – смесь жидких углеводородов нефти, полученных при её перегонке и выкипающих в определенных температурных пределах.

Плотность нефтяных фракций (дистиллятов) увеличивается по мере возрастания температурных пределов их выкипания (например, плотность для сырой нефти составляет 0,8680 г/см3).

Таблица 1

Плотность фракций из Ишимбаевского месторождения

Плотность жидкостей определяют с помощью ареометров и пикнометров.

Плотность газа при стандартных условиях (кг/нм3) может быть вычислена по формуле:

= М/22,4,

где М - молекулярная масса газа, кг/кмоль; 22,4 - объем 1 кмоля газа при стандартных условиях, нм3.

Для газообразных продуктов за стандартные условия приняты давление в 0,101 МПа (760 мм. рт. ст.) и температура 273 К (0 °С).

Молекулярная масса

Нефть и нефтепродукты представляют собой смеси индивидуальных углеводородов и других соединений, поэтому они характеризуются средней молекулярной массой. Средняя молекулярная масса многих нефтей 250-300 кг/кмоль. Первый представитель жидких углеводородов нефти — пентан С5Н12 — имеет молекулярную массу 72 кг/кмоль. У наиболее высокомолекулярных гетероатомных соединений нефти и ее высоковязких фракций молекулярная масса составляет 1200—2000 кг/кмоль. Молекулярная масса тем больше, чем больше средняя температура кипения фракции.

Молекулярные массы фракций с одинаковыми пределами кипения, но выделенные из разных нефтей, близки между собой.

Величины средней молекулярной массы высококипящих фракций используются в структурно-групповом анализе для выяснения структуры входящих в их состав углеводородов. Метод п - р - М [п — показатель преломления света углеводородов исследуемой фракции при стандартной температуре 20 0С, - плотность,М - молекулярная масса] для высококипящих фракций является вполне надежным методом определения их структурного состава, т. е. для определения числа ароматических и нафтеновых циклов и содержания метановых (парафиновых), нафтеновых и ароматических углеродных атомов.

Вязкость и вязкостно-температурные свойства

Вязкость определяет подвижность нефтепродуктов в условиях эксплуатации двигателей, машин и механизмов, существенно влияет на расход энергии при транспортировании, фильтрации, перемешивании. Различают динамическую (), кинематическую () и условную (ВУ) вязкости.

Условной вязкостью называется отношение времени истечения из вискозиметра 200 мл испытуемого нефтепродукта при температуре испытания ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при 20 0С. Условная вязкость - величина относительная, безразмерная и выражается в условных градусах.

Динамическая вязкость зависит от физических свойств жидкости. В нефтепереработке наиболее широко пользуются кинематической вязкостью, численно равной отношению динамической вязкости нефтепродукта к его плотности . Единица измерения динамической вязкости — пуаз (П) или в СИ — Па•с, где с - время в секундах, Па - Паскаль (Па = Н/м2, где Н — Ньютон, м2 - сечение капилляра прибора). Соотношение между ними: 1П = 10-1 Па•с.

Единица измерения кинематической вязкости - Стокс (Ст) или в СИ — м2/с. Соотношение между ними: 1 Ст = 10-4 м2/с. Между величинами условной (ВУ) и кинематической вязкости () имеется эмпирическаязависимость.

Для нефтей и нефтепродуктов, представляющих собой сложные смеси, вязкость является функцией их химического состава, молекулярной массы и определяется силами межмолекулярного взаимодействия. Чем выше температура кипения нефтяной фракции, тем больше ее вязкость.

Для бензинов кинематическая вязкость при температуре 20 °С составляет 0,6 сСт, для тяжелых масел 300—400 сСт.

Кинематическая вязкость нефтей различных месторождений колеблется от 2 до 300 сСт и для большинства нефтей обычно не превышает 40-60 сСт.

Вязкость сильно зависит от температуры, поэтому всегда указывается температура. В технических требованиях на нефтепродукты обычно нормируется вязкость в основном при температуре 50 и 100 0С.

Для оценки вязкостно-температурных свойств нефтяных масел предложен индекс вязкости: отношение вязкостей при температурах 50 и 100 °С и др.

Индекс вязкости (ИВ) - условный показатель, представляющий собой сравнительную характеристику испытуемого масла и эталонных масел. Значение ИВ рассчитывается по специальным таблицам на основании значений 50 и 100 масел.

Чем меньше меняется вязкость масла с изменением температуры, тем выше его ИВ. Установлено, что ИВ зависит от химического состава масла и структуры углеводородов. Наибольшим значением ИВ обладают парафиновые углеводороды, наименьшим - полициклические ароматические с короткими боковыми цепями.

Вязкость для смеси нефтяных дистиллятов или масел определяется экспериментально или по специальным номограммам.

Оптические свойства нефти

В дополнение к химическим методам анализа для определения физико-химических свойств нефти используют такие оптические свойства, как цвет, показатель преломления, оптическая активность и пр. Эти показатели внесены в ГОСТы на некоторые нефтепродукты. Кроме того, по оптическим показателям можно судить о глубине очистки нефтепродуктов, о возрасте и происхождении нефти.

Цвет нефтей меняется в пределах одного месторождения. Вопреки общераспространенному мнению нефть не всегда бывает черного цвета. Существуют «белые» и «красные» нефти. «Белая» нефть - прозрачная, почти бесцветная жидкость малой плотности и имеет, как правило, газоконденсатное происхождение. «Красная» нефть плотнее, она богата бензино-керосиновыми фракциями.

Всю цветовую гамму нефтей можно встретить в Баку на нефтяных промыслах у села Саруханы. Там на глубине 200 м залегает «белая» нефть плотностью 0,782 г/см3; на глубине 420 м залегает «красная» нефть плотностью 0,810 г/см3; еще глубже цвет нефти меняется от коричневого до черного.

Цвет нефтям и нефтепродуктам придают содержащиеся в них высокомолекулярные вещества, в состав которых одновременно входят углерод, водород, кислород, сера, часто азот и металлы. Обычно чем тяжелее нефть и нефтепродукты, тем больше содержится в них таких веществ и тем они темнее. Например, гептан и октан, входящие в состав бензиновых фракций, — бесцветные жидкости с плотностью соответственно 0,780 и 0,785 г/см3. Плотность и цвет конденсированных ароматических углеводородов или конденсированных систем, содержащих различные гетероатомы, колеблются соответственно в пределах от 0,85 до 0,90 г/см3 и от коричневого до черного. Эти системы характерны для высококипящих фракций нефти - мазутов, гудронов и пр.

Осветление нефти в природных условиях происходит при ее миграции в недрах Земли. Известняки, песчаники и глинистые пласты в этом случае выступают как огромные сита, удерживающие тяжелые углеводороды. Эти выводы подкрепляются фактом нахождения конденсированных ароматических веществ в глиняных пластах нефтяных месторождений. При нефтепереработке получить бесцветные нефтепродукты можно благодаря глубокой термической, термокаталитической и гидрогенизационной очистке нефтяных дистиллятов.

Оптическая активность. Нефть и ее фракции являются оптически активными веществами. Под оптической активностью подразумевается способность веществ вызывать поворот плоскости поляризации проходящего через них плоскополяризованного света. Тщательное исследование нефти и ее фракций показало, что оптическое вращение меняет знак при переходе от фракции к фракции. Также было показано, что углеводороды фракций с температурами выкипания до 200 °С (парафины, нафтеновые кислоты, высокомолекулярные ароматические углеводороды) не вращают плоскости поляризации, так как оптическая активность характерна для органических веществ, имеющих асимметричный атом углерода, т. е. атом, соединенный с четырьмя различными группами атомов. Способность большинства нефтей вращать плоскость поляризации лишний раз доказывает органическое происхождение нефти, так как оптическая активность присуща только органическим веществам.

Показатель преломления характеризует оптическую плотность среды и позволяет судить о групповом углеводородном составе нефти и нефтяных дистиллятов, а в сочетании с плотностью и молекулярной массой — рассчитать структурно-групповой состав нефтяных фракций. Показатель преломления, или коэффициент рефракции, и плотность являются важнейшими физическими константами индивидуальных соединений. С их помощью устанавливается чистота синтезированных или выделенных из нефти веществ.

Величина показателя преломления зависит от длины волны падающего на границу раздела двух сред света и температуры среды. Поэтому в символе показателя преломления должно быть указано и то, и другое.

Показатель преломления зависит от природы исследуемого вещества. Например, чем больше плотность нефтепродукта, тем выше его показатель преломления. При близкой молекулярной массе показатель преломления возрастает в следующем ряду:

алканы < циклоалканы < ароматические углеводороды.

Электрические свойства нефти

Главнейшими электрическими свойствами нефтепродуктов являются электропроводность и диэлектрическая проницаемость.

Чистые (безводные) нефть и нефтепродукты являются диэлектриками (т. е. изоляторами) — веществами не проводящими электрический ток. Их применяют в качестве электроизолирующих материалов для кабелей, для заливки трансформаторов и т. д. Проводимость жидких диэлектриков зависит от содержания влаги и температуры. Значение относительной диэлектрической проницаемости ()нефтепродуктов колеблется около двух, что в 3-4 раза меньше таких изоляторов, как стекло ( = 7), фарфор ( = 5-7), мрамор (= 8-9). У безводных, чистых нефтепродуктов электропроводность ничтожна: от 2 х 10-10 до 0,3 х 10-18 1/(ом•см) (парафин). Вследствие малой электропроводности парафин стал незаменимым изолятором в радиотехнике.

Нефтепродукты способны аккумулировать электрический заряд, который возникает при трении их о стенки трубопровода. При некоторых условиях электрические заряды могут образовывать искры и вызывать воспламенение нефтепродукта, что приводит к пожарам и взрывам. Надежным методом борьбы с накоплением статического электричества является заземление всех металлических частей аппаратуры, насосов, трубопроводов и т. п.

Критические свойства и приведенные параметры

К критическим свойствам вещества относят критическую температуру (Ткр), критическое давление (Ркр) и критический мольный объем (Vкр).

Критическая температура (Ткр) - температура, при которой исчезает различие между жидким и газообразным состоянием вещества, т. е. наибольшая температура, при которой возможно существование жидкости в состоянии равновесия с паром. При критической температуре вещество переходит в критическое состояние, в котором две различные фазы вещества становятся тождественными по всем свойствам. Выше критической температуры газ или образовавшийся пар не могут быть сжижены никаким давлением.

Критическое давление (Ркр) - давление насыщенных паров химических веществ при критической температуре.

Критический мольный объем (Vкр) — мольный удельный объем, занимаемый веществом при критических температуре и давлении, см3/моль.

В случае однокомпонентной системы (чистое вещество) критическое состояние возможно только для равновесия «жидкость — пар». Чистое вещество в критическом состоянии характеризуется тремя критическими параметрами: критическая температура Ткр, критическое давление Ркр и критический молярный объем Vкр.

Например, для воды Ткр = 647,3 К, Ркр = 22,13 МПа и Vкр = 54,88 см3/моль.

В двухкомпонентной системе критическое состояние характеризуется четырьмя параметрами: температура, давление, молярный или удельный объем и мольная или массовая доля. И вместо одной критической точки имеется критическая кривая.

При температурах свыше Ткр вещество переходит в сверхкритическое состояние без кипения и парообразования, при котором теплота испарения, поверхностное натяжение и энергия межмолекулярного взаимодействия равны нулю. Вещество в сверхкритическом состоянии можно представить как совокупность изолированных друг от друга молекул (как молекулярный «песок»).

Тепловые свойства нефти

Для расчета нефтезаводской аппаратуры используются тепловые свойства нефтей и нефтепродуктов.

Определение тепловых констант затруднено, поэтому на практике для их нахождения пользуются обобщенными расчетными формулами или графиками, позволяющими отыскать требуемую константу по другим, более доступным параметрам. Рассмотрим некоторые из них.

Массовая теплоемкость вещества — это количество тепла, необходимое для нагрева 1 кг вещества на один градус. Различают среднюю и истинную теплоемкости.

Теплоемкость вещества зависит от внешних условий, т. е. от изменения давления и объема. Теплоемкость при постоянном давлении больше теплоемкости при постоянном объеме на количество тепла, расходуемое на работу расширения газа.

Теплоемкость может выражаться в массовых Дж/(кг•К) или мольных единицах Дж/(моль • К).

Мольные теплоемкости веществ зависят от температуры и молекулярной массы и возрастают с их повышением. Влияет на теплоемкость и природа вещества. При одном и том же числе углеродных атомов в молекуле вещества наибольшая теплоемкость соответствует алканам (табл. 2).

Таблица 2

Мольные теплоемкости углеводородов при разных температурах

Теплоемкость жидких нефтепродуктов зависит от температуры и природы нефтепродуктов. С увеличением плотности жидкого нефтепродукта его теплоемкость падает, а с повышением температуры — возрастает. С ростом давления средняя теплоемкость жидких нефтепродуктов меняется мало.

Теплоемкость нефтяных паров также зависит от температуры и природы нефтепродукта. Однако в отличие от жидких нефтепродуктов средняя теплоемкость паров сильно изменяется с ростом давления.

Скрытая массовая теплота испарения - это теплота, требуемая на превращение 1 кг жидкости при температуре кипения в пар (или выделяемая при конденсации пара).

Скрытая теплота испарения зависит не только от природы вещества, но и от температуры, давления среды. Как правило, с ростом температуры и давления скрытая теплота испарения уменьшается. В критической точке, где нет различия между жидкостью и паром, скрытая теплота испарения равна нулю.

Скрытая массовая теплота плавления - количество тепла, поглощаемое 1 кг твердого тела при его переходе в жидкое состояние при температуре плавления (или выделяемое при его застывании).

В технологических расчетах пользуются скрытой теплотой плавления бензола, нафталина, парафина и церезина.

Теплопроводность вещества характеризуется коэффициентом теплопроводности, и определяется как количество тепла, проходящее за 1 ч через слой материала толщиной 1 м и площадью 1 м2 при разности температур по обеим сторонам слоя в один градус. Теплопроводность зависит от природы вещества и температуры. Наименьшей теплопроводностью обладают газы и пары, наибольшей — твердые тела и металлы. В среднем теплопроводность жидких нефтепродуктов составляет 0,377-0,503 кДж/(м • ч • К) или 0,1047-0,1397 Вт/(м • К).

Теплота сгорания нефти – 43000-45500 кДж/кг. Наиболее высокой теплотой сгорания обладают бензины, низкой - мазуты (газ - 38000-40000 кДж/кг, водород - 120000 кДж/кг). Это самые высокие показатели среди всех видов топлива. Нефть как сырье для производства топлив и масел обладает рядом достоинств: по калорийности (1 кг нефти при сгорании выделяет столько же тепла, сколько 1,3 кг антрацита или 3 кг бурого угля), по способу добычи (себестоимость добычи нефти в 6 раз ниже, чем угля), удобство транспортирования.

Исследование и добыча нефти

Начало изучению нефти положено немецким химиком К. Шорлеммером (1834-1892). Исследуя нефти, добываемые в штате Пенсильвания (США), он обнаружил в них простейшие углеводороды – бутан С4Н10, пентан С5Н12 и гексан С6Н14. Сейчас установлено, что нефть – это смесь свыше 1000 разных веществ. Промышленная добыча нефти ведет отсчет с 1959 г. Именно тогда в Пенсильвании впервые применили разработанную американским инженером Э. Дрейком технологию бурения скважин, которая используется до сих пор. Извлекается до 35% нефти.

Если над нефтью залегает газовая шапка, месторождение называют газонефтяным. Месторождение, содержащее более 90% метана, относя к газовым. Месторождение, из газа которого при снижении давления выделяется жидкая часть – конденсат, считается газоконденсатным.

Нефть содержит множество примесей, влияющих на работу автомобиля:

- соединения серы и органических кислот вызывают коррозию металлов;

- непредельные углеводороды понижают антиокислительную стойкость масла;

- смолистые и асфальтеновые соединения образуют нагар и лаковые отложения на горячих деталях, ухудшают низкотемпературные свойства масла, снижают эффективность антиокислительных и антикоррозионных присадок;

- воскообразные вещества - парафины повышают температуру застывания масла, ухудшают его фильтруемость и прокачиваемость;

- полициклические соединения способствуют образованию лаковых отложений и нагара.

Известно, что для производства высококачественных смазочных материалов лучше всего подходит так называемая парафиновая нефть (имеющая в своем составе более 75% молекул углеводородов линейного типа), добываемая на Ближнем Востоке, в Северном море и в Пенсильвании. Такая нефть отличается лучшими вязкостно-температурными свойствами по сравнению с нафтеновой нефтью (содержащей более 75% молекул углеводородов циклического типа), добываемой в Венесуэле и Калифорнии, и после переработки и очистки позволяет обеспечить наилучшие эксплуатационные свойства конечного продукта. Существует и смесь парафиновой и нафтеновой нефти, добываемая в России. Причем, нефть из месторождений в России и Северном море характеризуется повышенным содержанием серы, очистка от которой является весьма дорогостоящей и энергоемкой операцией. Поэтому получение высококачественного базового масла из высокосернистой нефти становится просто нерентабельным.

Самой же чистой от примесей является парафиновая нефть, добываемая на Ближнем Востоке, в частности, в Кувейте. Она же и наиболее легкая в переработке, что позволяет получать базовые масла с наилучшими характеристиками, с меньшими затратами и безупречной стабильностью качества.

KUWAIT PETROLEUM - один из немногих современных нефтяных «монстров», занимающихся разведкой, добычей и транспортировкой сырой нефти, ее переработкой, производством бензина и дизельного топлива, базовых масел и различных смазочных материалов, химических продуктов, а также продажами как сырой нефти, так и продуктов ее переработки. Сегодня масла и смазочные материалы Q8 занимают около 5% европейского рынка. Кроме того, в Европе марка Q8 известна также благодаря широко развитой сети заправочных станций.

В настоящее время действует классификация нефтей по ГОСТ Р 51858-2002. Согласно этому стандарту нефть подразделяют на классы, типы, группы и виды.

studfiles.net

Состав нефти и классификация

Состав нефти и классификация

<!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.0 Transitional//EN"><!-- saved from url=(0078)http://crude-oil.narod.ru/testing/2_3/structure_and_parameters_of_quality.html -->

Состав нефти и классификация

Нефть относится к группе горных осадочных пород вместе с песками, глинами, известняками, каменной солью и др. Она обладает одним важным свойством – способностью гореть и выделять тепловую энергию. Среди других горючих ископаемых она имеет наивысшую теплотворную способность. Например, для подогрева котельной или другой установки требуется нефти значительно меньше по весу, чем каменного угля.

Все горючие породы принадлежат к особому семейству, получившему название каустобиолитов (от греческих слов «каустос»- горючий, «биос» – жизнь, «литос» – камень, т.е. горючий органический камень).

В химическом отношении нефть – сложная смесь углеводородов (УВ) и углеродистых соединений. Она состоит из следующих основных элементов: углерод (84-87%), водород (12-14%), кислород, азот, сера (1-2%). Содержание серы может доходить до 3-5% [3]. В нефтях выделяют следующие части: углеводородную, асвальто-смолистую, порфирины, серу и зольную. В каждой нефти имеется растворенный газ, который выделяется, когда она выходит на земную поверхность.

Главную часть нефтей составляют углеводороды различные по своему составу, строению и свойствам, которые могут находиться в газообразном, жидком и твердом состоянии. В зависимости от строения молекул они подразделяются на три класса – парафиновые, нафтеновые и ароматические. Но значительную часть нефти составляют углеводороды смешанного строения, содержащие структурные элементы всех трех упомянутых классов. Строение молекул определяет их химические и физические свойства.

Парафиновые углеводороды, или как их еще называют, метановые УВ (алкановые, или алканы). Сюда относят метан СН4 , этан С2 Н6 , структурное строение которых показано на рис.2.1, пропан С3 Н8 , бутан и изобутан, имеющие формулу С4 Н10 .

Для углерода характерна способность образовывать цепочки, в которых его атомы соединены последовательно друг с другом. Остальными связями к углероду присоединены атомы водорода. Количество атомов углерода в молекулах парафиновых УВ превышает количество атомов водорода в 2 раза, с некоторым постоянным во всех молекулах избытком, равным 2. Иначе говоря, общая формула углеводородов этого класса Сn Н2n+2 . Парафиновые углеводороды химически наиболее устойчивы и относятся к предельным УВ.

В зависимости от количества атомов углерода в молекуле углеводороды могут принимать одно из трех агрегатных состояний. Например, если в молекуле от одного до четырех атомов углерода (СН4 – С4 Н10 ), то УВ представляют собой газ, от 5 до 16 (С5 Н16 – С16 Н34 ) - это жидкие УВ, а если больше 16 (С17 Н36 и т.д.) – твердые.

Таким образом, парафиновые углеводороды в нефти могут быть представлены газами, жидкостями и твердыми кристаллическими веществами. Они по-разному влияют на свойства нефти: газы понижают вязкость и повышают упругость паров; жидкие парафины хорошо растворяются в нефти только при повышенных температурах, образуя гомогенный раствор; твердые парафины также хорошо растворяются в нефти образуя истинные молекулярные растворы. Парафиновые УВ (за исключением церезинов) легко кристаллизуются в виде пластинок и пластинчатых лент.

Нафтеновые (циклановае, или алициклические) УВ имеют циклическое строение (С/Сn Н2n ), а именно состоят из нескольких групп – СН2 -, соединенных между собой в кольчатую систему. В нефти содержатся преимущественно нафтены, состоящие из пяти или шести групп СН2 :

Циклопентан Циклогексан

Все связи углерода и водорода здесь насыщены, поэтому нафтеновые нефти обладают устойчивыми свойствами. По сравнению с парафинами, нафтены имеют более высокую плотность и меньшую упругость паров и имеют лучшую растворяющую способность.

Ароматические УВ (арены) представлены формулой Сn Нn , наиболее бедны водородом. Молекула имеет вид кольца с ненасыщенными связями углерода. Простейшим представителем данного класса углеводородов является бензол С6 Н6 , состоящий из шести групп СН:

Для ароматических УВ характерны большая растворяемость, более высокая плотность и температура кипения.

Асфальто-смолистая часть нефтей представляет собой вещество темного окраса, которое частично растворяется в бензине. Растворившееся часть – асфальтены. Они обладают способностью набухать в растворителях, а затем переходить в раствор. Растворимость асфальтенов в смолисто-углеродных системах возрастает с уменьшением концентрации легких УВ и увеличением концентрации ароматических углеводородов. Смола не растворяется в бензине и являются полярными веществами с относительной молекулярной массой 500-1200. В них содержатся основное количество кислородных, сернистых и азотистых соединений нефти. Асфальтосмолистые вещества и другие полярные компоненты являются поверхностно-активными соединениями нефти и природными стабилизаторами водонефтяных эмульсий.

Порфиринами называют особые азотистые соединения органического происхождения. Предполагают, что они образовались из гемоглобина животных и хлорофилла растений. Эти соединения разрушаются при температуре 200-250о C.

Сера широко распространена в нефтях и углеводородном газе и содержится как в свободном состоянии, так и в виде соединений (сероводород, меркаптаны).

Зольная часть представляет собой остаток, образующийся при сжигании нефти. Это различные минеральные соединения, чаще всего железо, никель, ванадий, иногда соли натрия.

Свойства нефти определяют направление ее переработки и влияют на продукты, получаемых из нефти, поэтому существуют различные виды классификции, которые отражают химическую природу нефтей и определяют возможные направления переработки.

Например, в основу классификации, отражающей химический состав, положено преимущественное содержание в нефти какого-либо одного или нескольких классов углеводородов. Различают нафтеновые, парафиновые, парафино-нафтеновые, парафино-нафтено-ароматические, нафтено-ароматические, ароматические. Так, в парафиновых нефтях все фракции содержат значительное количество алканов; в парафино-нафтено-ароматических углеводороды всех трех классов содержатся примерно в равных количествах; нафтено-ароматические нефти характеризуются преимущественным содержанием циклоалканов и аренов, особенно в тяжелых фракциях.

Также используется классификация по содержанию асфальтенов и смол.

В технологической классификации нефти подразделяют на классы - по содержанию серы; типы - по выходу фрвкций при определенных температурах; группы - по потенциальному содержанию базовых масел; виды - по содержанию твердых алканов(папафинов).

На рис.2.2 показана классификация нефтей, регламентированная ГОСТ 9965-76.

Сырая и товарная нефть. Основные показатели качества товарной нефти

При выходе из нефтяного пласта нефть содержит взвешенные частицы горных пород, воду, растворенные в ней соли и газы. Нефть, получаемую непосредственно из скважин называют сырой нефтью, которая иногда сразу транспортируется в ближайшие центры нефтепереработки. Но в большинстве случаев добываемая нефть проходит промысловую подготовку, так как она может быть предназначена для экспорта или для транспортирования в отдаленные от мест добычи нефтеперерабатывающие заводы.

Перечисленные выше примеси вызывают коррозию оборудования и серьезные затруднения при транспортировании и переработки нефтяного сырья. Именно поэтому перед транспортированием сырая нефть подготавливается: из нее удаляется вода, большое количество механических примесей, солей и выпавших твердых углеводородов. Также следует выделить из нефти газ и наиболее летучие ее компоненты. Если этого не сделать, то при хранении нефти даже за то время, которое пройдет, пока она не попадет на нефтеперерабатывающий завод, газ и наиболее легкие углеводороды будут утеряны. А между тем газ и летучие жидкие УВ являются ценными продуктами. Кроме того, при трубопроводной транспортировке нефтей из них необходимо удалять все легкие газы. В противном случае на возвышенных участках трассы возможно образование газовых мешков.

Таким образом, качество товарной нефти формируется при подготовке сырой нефти к транспортированию. Стоимость товарной нефти существенно зависит от ее качества. Поэтому во всех учетно-расчетных операциях между поставщиком и покупателем наряду с определением массы продукта производят контроль качественных параметров нефтей.

Перечислим важнейшие показатели качества: фракционный состав, плотность, содержание воды, хлористых солей, механических примесей и серы. Также определяют технологические показатели нефтей. К ним можно отнести: давление насыщенных паров, вязкость, содержание парафинов, температура застывание и вспышки, содержание асфальтенов и смол. (Иногда определяют кислотность, молекулярную массу, объемную долю газа, массовую долю тяжелых металлов). Некоторые показатели качества нефти могут определяться согласно договоренности между поставщиком и покупателем.

Рассмотрим значения этих показателей для характеристики нефтей и получаемых из них нефтепродуктов.

Плотность

Плотность является одним из наиболее общих показателей, характеризующий свойства нефтей и нефтепродуктов, измерение которого предусмотрено стандартами различных стран.

mirznanii.com

Состав и свойства полезного ископаемого нефть

запасы нефтяной добычи, ресурсы угля

В настоящее время нефть, также, как и природный газ,  является  одним из самых важных для мировой экономики полезных ископаемых. Она служит сырьем для производства целого ряда необходимых продуктов, выпускаемых предприятиями нефтепереработки и нефтехимии. Поскольку большинство нефтей имеют темный цвет, а также за важность этого ресурса для всей планеты нефть называют «черным золотом».

Краткое описание

Это полезное ископаемое залегает в виде смеси жидких веществ и газа в толще земных пород на значительной глубине (чаще всего от одного до трех километров, но бывает и глубже).

По мере своего приближение к земной поверхности это вещество может превращаться в  густую мальту, полутвердый асфальт и в прочие природные материалы (например, в битуминозный песок).

По своему химическому составу и способу происхождения  нефть похожа на такие вещества, как природные горючие газы,  озокериты и асфальты.

Специалисты называют все полезные ископаемые, обладающие способностью к горению, одним термином – петролиты.

Петролиты, в свою очередь, входят в более широкую группу, называемую  каустобиолитами, которые представляют собой  горючие биогенные минералы. К каустобилитам, кроме петролитов, относятся также сланцы, торф, бурый и каменный  уголь и залежи антрацитового угля.

Значимость нефти

В настоящие время  48 процентов энергоресурсов, потребляемых в мировой экономике, приходится на нефть – полезное ископаемое углеводородной структуры.

Этот факт доказан специалистами и не вызывает никаких сомнений.  Нефть является  источником множества необходимых продуктов и  химических веществ, которые используются в самых разных отраслях промышленности.

Из нефти делают моторные и котельные  топлива, смазочные материалы, полимерные волокна, пластмассы,  растворители, красители и много другое.

Однако, это полезное ископаемое (впрочем, как и природный газ) – так называемый невозобновляемый ресурс, и рост мирового нефтепотребления, вызывающий повышение цены наряду с истощением существующих месторождений заставляет мировое сообщество искать альтернативные источники энергии. Запасы этого сырья вырабатываются быстро, а на их создание у природы уходят миллионы лет.

Физические свойства нефти

Нефть выглядит как  жидкое вещество, цвет которого варьируется от светлого (почти прозрачного) до  темно-коричневого (почти черного). Бывает желтая и зеленая нефть.

Среднее значение молекулярной  массы этого вещества находится в пределах  от 220-ти  до 300 грамм/моль, хотя у некоторых видов нефтей это показатель достигает значения от 450-ти до 470-ти грамм/моль.

Если говорить о таком важном физическом параметре, как плотность, то она у этого вещества находится в диапазоне от 0,65-ти до 1,05 грамм на кубический сантиметр. Большая часть этого углеводорода имеет плотность на уровне от 0,82-х до 0,95-ти  грамм/см³.

По значению этого параметра нефти делятся на:

  • легкие (плотность – меньше 0,83 грамм/см³;
  • средние (от 0,831 до 0,86 грамм/см³;
  • тяжелые (более 0,86-ти грамм на кубический сантиметр).

В этом полезном ископаемом содержится широкий спектр разных веществ (в основном – соединений углерода и водорода), вследствие чего  нефть  характеризуется не по значению собственной температуры кипения, а по начальному значению этого показателя у входящих в её состав углеводородов. Для легких марок нефти это значение обычно составляет чуть более 28-ми градусов Цельсия, а у тяжелых может быть больше 100 градусов.

Если говорить о вязкости нефти, то она варьируется в достаточно широком диапазоне – от 1,98-ми до 265,9 мм²/с. Этот параметр зависит от фракционного состава и температуры этого вещества. Зависимость такова – чем больше в нефти легких углеводородов и чем выше  температура, тем ниже значение её вязкости. Кроме того, большое влияние на этот показатель оказывает содержание в нефти  смолисто-асфальтеновых компонентов. Чем их больше – тем вязкость выше.

Удельная теплоемкость этой углеводородной смеси находится в пределах от 1,7 до 2,1 кДж/(кг∙К). Удельная теплота сгорания – достаточно невелика – 43,7 – 46,2 МДж/килограмм. Диэлектрическая проницаемость находится в диапазоне  от двух до двух с половиной.

Нефть – это легковоспламеняющаяся жидкость.

Она может вспыхивать при температурах от минус 35-ти до плюс 120-ти градусов Цельсия.  Это показатель напрямую зависит от газонасыщенности сырья и от его фракционного состава.

Нефть в естественных условиях в воде не растворяется, но может  образовывать с ней достаточно стойкие эмульсии.

Растворителями нефти являются определенные вещества, которые относятся к органическим растворителям.

Чтобы разделить водонефтяную эмульсию на воду и собственно нефть, используются специальные отстойники и другие технологические процессы. Кроме того, добытое сырье на промыслах подвергают обессоливанию и, в случае необходимости, обессериванию.

Химический состав

Нефть – это природный  ресурс, который является углеводородной смесью с различными примесями, к которым относятся сера, азот, кислородные соединения и менее одного процента металлов. Углеводородные соединения занимают от 80-ти до 90 процентов общей массы этого продукта.

Сернистые соединения – в среднем  от 0,1 до 6-ти процентов.  Соединения на основе азото и на основе кислорода обычно занимают менее одного процента. Металлы – в основном никель и ванадий.  Кроме того, в сырой нефти содержится вода и растворенные в ней газы.

Если рассматривать углеводородную структуру этого вещества, то в ней преобладают парафины (как правило, от 30 до 35 процентов, хотя бывает и 50) нафтены (от 25-ти до 75-ти процентов). Углеводороды ароматической группы занимают от 10-ти до 20-ти процентов, в редких случаях – до 35-ти.

Химический состав этого полезного ископаемого сильно влияет на качественные характеристики нефтяного сырья. К примеру, высокое содержание легких фракций значительно облегчает процесс переработки, а наличие тяжелых фракций, наоборот, затрудняет этот процесс.

Кроме того, чем больше в нефти серы, тем она хуже. Помимо того, что сера и её соединения крайне негативно воздействую на экологию окружающей среды, так они ещё и обладают повышенной коррозионной агрессивностью, что отрицательно влияет на срок службы металлических изделий (например, поршней автомобильного двигателя).

Также этот природный энергоноситель делится по критерию преимущественного класса содержащихся в нем углеводородных соединений.

Если один из таких классов представлен в составе продукта долей более 25-ти процентов, то говорят о смешанных нефтях, классификация которых такова:

  • нафтено-метановая нефть;
  • метано-нафтеновая;
  • нафтено-ароматическая;
  • ароматическо-нафтеновая;
  • метано-ароматическая;
  • ароматическо-метановая.

Такая классификация говорит о том, что содержание первого компонента составляет больше 25-ти процентов, а второго – более половины.

Для практического использования сырая нефть непригодна. Чтобы получить практически применимые продукты, нефть разделяется на фракции (прямая перегонка в ректификационных атмосферных или вакуумных установках), а затем доводят полученные продукты до необходимых товарных кондиций (вторичная нефтепереработка путем крекинга, риформинга и других каталитических процессов). Кроме того, получаемые с помощью переработки нефтепродукты служат сырьем для нефтяной химической промышленности.

Как формируется нефть и другие ископаемые. Н.Левашов

Загрузка...

neftok.ru

СОСТАВ И СВОЙСТВА НЕФТИ

СОСТАВ И СВОЙСТВА НЕФТИ

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника ⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 83Следующая ⇒

Впервые была изучена пенсильванская нефть Северо-Американского нефтеносного бассейна, в которой немецкий уче­ный К. Шорлеммар (1834— 1892) обнаружил предельные угле­водороды метанового ряда. Исчерпывающее объяснение стро­ения углеводородов дал А.М. Бутлеров (1861), а основополож­ником науки о нефти принято считать Д.И. Менделеева.

Исследования показали, что в нефтях содержится три боль­шие группы углеводородов: предельные, непредельные и аро­матические [5, 7, 9, 13].

Предельные — наиболее простые по строению, получив­шие свое название от самого простейшего из всех углеводо­родов — метана. Часто такие углеводороды называют мета­новыми, а в химии их называют алканами. Структурная фор­мула метана напоминает простейшее из живых существ — амебу. Только у метана вместо ядра — атом углерода, а протоплазму образуют 4 атома водорода. Каждый следующий углеводород имеет на 1 атом углерода больше, т. е. структур­ная формула алканов имеет вид: СnН2n+2. Как бы не вытяги­валась цепочка углеводородов, она всегда будет окружена водородной оболочкой. В нефти встречаются почти все чле­ны этого ряда: СН4 —С4Н10 — газы; С5Н12 —С17Н36 — жидко­сти; начиная с С18Н38 — могут находиться в нефти в виде кристаллов и входят в состав парафинов. Отсюда еще одно название углеводородов — парафиновые. Названия первых 10 членов по порядку: метан, этан, пропан, бутан, пентан, гексан, гептан, октан, нонан, декан. Начиная с четвертого угле­водорода — бутана, все имеют несколько разновидностей — изомеров. Молекулы их построены по-разному, хотя хими­ческая формула одинакова. Если основной член ряда имеет вид простой цепочки, то у изомеров цепь ветвится. Различа­ясь по структуре, по прочности связей, изомеры отличаются и свойствами. Например, температура плавления и кипения у них ниже, чем у нормальных. Лучшие бензины для современ­ных бесшумных автомобилей состоят не из истинных бензи­нов, а из их изомеров. Следует отметить, что многие изоме­ры еще не изучены, и в первую очередь потому, что, как подсчитали ученые, 11-й член ряда может иметь 159 изоме­ров, 18-й (октодекан) — 60523, и т. д. Постоянный интерес к изучению физико-химических свойств таких углеводородов объясняется не только желанием создать новые сорта топли­ва, но и тем, что некоторые изомеры своим строением напо­минают органические вещества.

Непредельные — это циклические насыщенные углеводо­роды со структурной формулой СпН2п. В их молекулах «не хватает» двух атомов водорода. Такие углеводороды называ­ют также нафтеновыми или алкенами. В природных нефтях их нет, они образуются при ее вторичной переработке. У нафтенов может быть не одно, а несколько колец — отсюда названия: моно-, би- или полициклические со структурными формулами Cnh3n2, Cnh3n_4. Еще одно название углеводородов этой группы — циклопарафины — происходит от способнос­ти их колец удерживать при себе цепочку метановых углево­дородов. Это свойство определяет и другие: большая плот­ность, чем у метановых, выше температура кипения и плав­ления, легко взаимодействуют с галогенами, присоединяют кислород. В нормальных условиях — это всегда жидкости.

Ароматические углеводороды получили свое название из-за четко выраженных (не всегда приятных) запахов. По-гречески «арома» означает пахучее вещество. Структурная формула Cnh3n-m, где т — четные числа. Представлены такие углеводороды бензолом С6Н6 и его производными (гомолога­ми) . Ароматические углеводороды сильно недонасыщены во­дородом, однако химически малоактивны. В нормальных ус­ловиях — это жидкости, имеющие очень низкую температу­ру застывания: от —25 до —88 °С.

В зависимости от преобладания в нефти одного из трех представителей групп углеводородов в количестве более 50 % нефти именуются метановыми, нафтеновыми, ароматически­ми. Если к доминирующему присоединяется другой углеводород в количестве не менее 25 %, то им дают комбинирован­ное название, например метанонафтеновые.

Приведенная классификация нефтей по углеводородному составу позволяет дать определение нефти: нефть представ­ляет собой раствор чистых углеводородов и гетероатомных органических соединений (т. е. углеводородов, содержащих в молекуле атомы кислорода или азота, или серы) друг в друге.

Углеводородный состав нефти является важной характери­стикой, но целесообразно ввести еще два — элементарный и фракционный.

Несмотря на многообразие углеводородов, элементарный состав нефти колеблется в небольших пределах (%): углерод — 83 — 87, водород — 11 — 14, смолисто-асфальтовые вещества — 2 — 6. Смолисто-асфальтовые вещества представляют собой высокомолекулярные органические соединения, содержащие уг­лерод, водород, серу, азот и металлы. К ним относятся: нейт­ральные смолы, растворимые в бензинах; асфальтены, не ра­створимые в петролейном эфире, но растворимые в горячем бензоле; карбены, растворимые в сероуглероде; карбоиды, во­обще не растворимые. При сгорании нефти получается зола (сотые доли процента), состоящая из оксидов кальция, магния, железа, алюминия, кремния, натрия и ванадия. Сера в нефти находится в виде сероводорода, меркаптанов, сульфанов, иног­да—в свободном виде. Сера и ее соединения активно взаи­модействуют с металлами, вызывая сильную коррозию. Обна­руживают их по резкому запаху и действию на растворы свинцовых солей. По содержанию серы нефти делят на следу­ющие группы: несернистые (менее 0,2 %), малосернистые (0,2 — 1,0 %), сернистые (1,0 — 3,0 %), высокосернистые (более 3 %). Азот, как примесь безвредная и инертная, почти не контроли­руется анализами; его доля обычно не превышает 1,7 %. В заключение можно сказать, что в нефтях обнаруживают более половины таблицы Менделеева, причем элементарный состав нефти полностью не изучен.

Фракционный состав нефти определяется при ее перегон­ке. Существует несколько способов так называемой прямой гонки, но суть их одна. Любой жидкий углеводород имеет свою температуру кипения, т. е. температуру, выше которой он испаряется. Например, бензол С6Н6 кипит при 80 °С, а толуол С7Н8 — при 111 °С. При перегонке типичной нефти можно получить: 31 % бензина (углеводороды С4 — С10), 10 % керосина (Сп — С12), 15 % дизельного топлива (С13 — С20), 20 % смазочных масел (С21 — С40), 24 % остатка — мазута (с С40 и выше). Таким образом, из сложной многокомпонентной нефти получаются новые вещества (фракции), более близкие по угле­водородному составу и, следовательно, по свойствам.

Приведем основные физические свойства нефтей: плот­ность, вязкость, сжимаемость и др.

Плотность нефти — это масса единицы объема, при тем­пературе 20 °С и атмосферном давлении колеблется от 700 до 1040 кг/м3. Нефть с плотностью ниже 900 кг/м3 называют легкой, выше — тяжелой. Мазут имеет плотность от 900 до 990 кг/м3, керосин - 800 - 840 кг/м3, бензины 700 - 800 кг/м3, газовые конденсаты — 650 — 720 кг/м3. Плотность пластовой нефти всегда ниже плотности дегазированной нефти.

Вязкость — свойство любой жидкости, в том числе и нефти, оказывать сопротивление перемещению ее частиц от­носительно друг друга, т. е. характеризует подвижность жид­кости. Существует динамическая и кинематическая вязкость. Единица динамической вязкости — паскаль-секунда (Па∙с). Вязкость нефтей обычно намного ниже 1 Пас, поэтому на практике часто пользуются внесистемными единицами — пуаз (П) и сантипуаз (сП): 1 П = 01Па∙с, 1 сП = 10 -3Пa∙c.

С понижением температуры вязкость увеличивается, с по­вышением — уменьшается. Динамическая вязкость воды при 20 °С составляет около 1 сП, вязкость нефти в зависимости от ее характеристики и температуры может изменяться от 1 до нескольких десятков сантипуазов, а у отдельных нефтей вязкость достигает 100, даже 200 сП (0,1 —0,2 Па∙с).

Объемный коэффициент пластовой нефти — это отноше­ние объема нефти в пластовых условиях к объему дегазиро­ванной нефти:

где Упл — объем нефти в пластовых условиях; Удег — объем этой же нефти при атмосферном давлении и температуре 20 ° С после дегазации.

Известны месторождения, для которых объемный коэф­фициент нефти достигает 3,5 и более. Для пластовой воды объемные коэффициенты составляют 0,99— 1,06.

С помощью объемного коэффициента можно определить «усадку» нефти — уменьшение объема пластовой нефти при извлечении ее на поверхность:

Сжимаемость нефти — это изменение объема нефти при изменении давления. Характеризуется коэффициентом сжи­маемости (βн, который представляет относительное изменение объема, приходящееся на единицу изменения давления:

где ΔV — изменение объема нефти, м3; Vo — исходный объем нефти, м3; Ар — изменение давления, Па.

Коэффициент сжимаемости нефти, не содержащей раство­ренный газ, равен 4∙10 -10 - 7∙10 -10 1/Па (4∙10 -5 —7∙10 -5 1/ад).

Давлением насыщения нефти газом называется давление газа, находящегося в термодинамическом равновесии с плас­товой нефтью. Если давление, оказываемое на пластовую нефть, становится ниже давления насыщения, то из нефти начинает выделяться растворенный газ. Нефть, находящаяся в пласте при давлении выше давления насыщения, называет­ся недонасыщенной. Если давление насыщения равно пласто­вому давлению, то пластовая нефть называется насыщенной.

Газовый фактор. Газовым фактором называется количе­ство газа (в м3), приведенное к атмосферному давлению, приходящееся на 1 т нефти. Для нефтяных месторождений России газовый фактор колеблется от 20 до 1000 м3/т (в среднем он составляет около 100 м3/т).

 

mykonspekts.ru


Смотрите также