XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Нефть известна человечеству с давних времен. Описывается в исторических трактатах. Современная энергетика использует нефть и продукты ее переработки как основной источник энергии. Для современной промышленности значение нефти трудно переоценить, и поэтому характеристика ее физико-химических свойств – вопрос актуальный.

Нефть добывается в виде водо-нефтянной эмульсии, вода и нефть находятся в смешанном, дисперсном состоянии. Поэтому когда мы говорим о физико-химических показателях нефти, то понимаем что эти показатели характеризуют смесь углеводородов, гетероатомных органических соединений, воды, растворенные неорганические кислоты, соли, а также газы.

В данной статье рассмотрим следующие физико-химические показатели нефти: вязкость, плотность, размер глобул воды.

Вязкость

Вязкость - этосвойство жидкости или газа оказывать сопротивление перемещению одного слоя относительного другого под действием внешней силы. Природа внутреннего трения связана с преодолением сил межмолекулярного взаимодействия, которые обуславливаются Ван-дер-Ваальсовскими силами.

Величина, характеризующая усилие (в Н), необходимое для перемещения двух слоев вещества площадью 1 м², находящихся на расстоянии 1 м со скоростью 1 м/с называется динамической вязкостью (η). Измеряется в Пас ((Нм)/(м²м/с), система СИ) или пуазах (П, г/смс, система СГС) (1 П = 0,1 Пас; 1 сП (сантипуаз) = 1 мПас). Чаще используется кинематическая вязкость (), которая равна отношению динамической вязкости к плотности. Единицей измерения кинематической вязкости являются м²/с (СИ) и стокс (Ст,см²/с,СГС), (1Ст=10^–4м²/с; 1 сСт = 10^–6 м²/с = 1 мм²/с).

Для оценки вязкости тяжелых высоковязких нефтепродуктов используют условную, относительную вязкость, под которой понимают отношение времени истечения из стандартного вискозиметра 200 мл жидкости ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при 20 °С. Она измеряется в градусах условной вязкости (°ВУ или градусы Энглера). Для взаимного перерасчета вязкости нефтепродуктов, измеренных различными методами, используют формулы, графики, номограммы.

Зависимость вязкости от температуры. Для химически чистых жидкостей зависимость вязкости от температуры выражается формулой Панченкова Г.М:

,

 – собственный объем молекул; N_А = 6,02210²³ моль^–1;

ε – энергия связи между молекулами; Для практических расчетов получила применение формула Вальтера:где

_t – кинематическая вязкость;

B, k – постоянные для данного вещества величины. Путем двойного логарифмирования она приводится к виду: lg[lg(100_t + 0,8)] = A + B lg T, где А, В–постоянные.

Плотность

Плотность – это масса единицы его объема, – кг/м³ (СИ); г/см³ (СГС). Кроме абсолютной плотности в нефтепереработке используется понятие относительной плотности – безразмерной величины, показывающей отношение плотности нефти при температуре t₂ к плотности дистилл. воды при температуре t₁. За стандартные температуры приняты: t₁ = 4 С и t₂ = 20 С, t₁ = t₂ = 60 F= 15,6 С, т.е. и .

В США и некоторых других странах используют также в качестве меры плотности нефтепродуктов величину, измеряемую в градусах АРI. С связана соотношением: АРI = 141,5 / – 131,5. Для пересчета величины относительной плотности нефти и нефтепродуктов с одной стандартной температуры на другую используют эмпирические формулы: = + 5; = 0,9982 ,

где  – поправка к плотности нефтепродукта при изменении температуры на 1 С. Значение  находят по справочнику (точное) или рассчитывают по формуле:

 = 0,0018293 – 0,0013233 .

Значение для отдельной фракции можно рассчитать по формуле ГрозНИИ: ( )_{фракции} = (t_ср / 100)ⁿ, где  и n – коэффициенты, зависящие от природы нефти; t _ср – ср. температура кипения фракции, C. Величины  и n можно вычислить по формулам:

 = 0,65 + 0,09( )_н; n = 0,13 – 0,0011t_з.н,

где t_з.н – температура застывания нефти, С; ( )_н – относительная плотность нефти, из которой получены нефтепродукты. Относительную плотность нефтяных фракций можно рассчитать по формуле БашНИИ НП:

,

где ( )_уз.фр – коэффициент преломления узкой фракции нефти; или по формуле:

_фр = _н∙(0,58 + 0,12 ), где _н – плотность нефти; Х_ср – середина по кривой ИТК для данной фракции, мас. %.

Плотность нефтепродуктов зависит от температуры. Эта зависимость обратно пропорциональная и для большинства нефтепродуктов подчиняется закону Менделеева:

= – α(t – 20). В интервале от 0 до 150 С значения относительной плотности находятся в пределах от 0,7 до 1,0. В более широком интервале температур (до 300 С) плотность (в кг/м³) может быть найдена по уравнению:

или по номограмме.

Размер глобул воды

Bнефтях, поступающих co cбopныx пунктов на установки обезвоживания и обессоливания, paзмepыглобул воды имеют размер от 3–5 до 7–10 мкм. Эти размеры зависят от гидродинамических и других условий добычи нефти, a также степени обводненности пласта. Размерыглобул в течение года для одной и той же скважины могут меняться в пpeдeлax 5–12 мкм. Содержание водыв нефти может доходить до 97%, однако большинство нефтей образуют c водой достаточно устойчивые эмульсии c содержанием воды не более 60%. Остальная часть воды присутствует в свободном состоянии и легко отстаивается.

В зависимости от размера капелек воды и степени старения нефтяные эмульсии разделяются на три вида:

- легкорасслаивающиеся;

- средней стойкости;

- стойкие.

В легкорасслаивающихся эмульсиях обычно большинство глобул крупные — размером от 50 до 100 мкм, в то время как стойкие эмульсии содержат в основном мелкие глобулы размерами от 0,1 до 20 мкм. Эмульсии средней стойкости занимают промежуточное положение. Кроме отмеченных выше условий, на стойкость водонефтяных эмульсий влияют и некоторые другие факторы: температура, содержание парафина, условия образования эмульсии количество и состав эмульгированной воды и др.

Основными характеристиками нефтяных эмульсий являются: агрегативная устойчивость, вязкость, размер эмульгированных глобул водной фазы.

Устойчивость эмульсий – это способность в течение определенного времени не разрушаться и не разделяться на две несмешивающиеся фазы.

Вязкость эмульсий зависит от содержания воды и наибольшая вязкость эмульсий для сырой нефти любых сортов приблизительно равна вязкости сырой нефти, умноженной на коэффициент 1,3; 1,8; 2,7; 4,1 для эмульсий, содержащих соответственно 10, 20, 30, 40% воды.

Для успешной транспортировки и переработки нефти необходимо, в полном объеме определять показатели нефти, с помощью инструментальных методов анализа по техническим условиям и ГОСТам. Исходя из полученных свойств, определяются режимы транспортировки трубопроводным транспортом, а также работа сепараторов на входных установках НПЗ.

Список литературы:

Физколлоидная химия (электронный учебно-методический комплекс) Боровская Л.В. Международный журнал экспериментального образования. 2009. № 4. С. 9-10.

Рябов, В.Г. Технология  переработки  нефти  и  газа.  Часть 1.  Первичная  переработка нефти  и  газа:  конспект  лекций:  учеб.  пособие. –  Пермь:  Изд-во  Перм.  гос. техн. ун-та, 2007 – 225 С.

Мановян А.К. Технология  переработки природных энергоносителей 2004

Брагинский О. Б. Нефтегазовый комплекс мира/М.: Нефть и газ 2006/ с. 91.

Капустин В.М., Гуреев А.А.Технология переработки нефти. Часть 2

Электронный учебно-методический комплекс дисциплины "Физическая и коллоидная химия: учебно-методический комплекс дисциплины" Боровская Л.В. Москва, 2010.

Электронный УМКД "Физическая и коллоидная химия: учебно-методический комплекс дисциплины для специальностей технологического направления" Боровская Л.В. ФГУП НТЦ «ИНФОРМРЕГИСТР». Москва, 2010.

Код для цитирования: Скопировать