Свойства нефти и нефтепродуктов

Физико-химические и технологические свойства

Физико-химические свойства нефти характеризуют возможность ее транспортировки по трубопроводу, зависят от ее состава. Параметры режимов транспортировки нефти по трубопроводу определяются, главным образом, плотностью и вязкостью нефти, а также зависимостью этих характеристик от температуры и давления.

По плотности можно ориентировочно судить об углеводородном составе различных нефтей и нефтепродуктов. Также плотность используется при расчете массы продукта. Важнейшим показателем качества нефти является фракционный состав, он показывает, какой продукт и в каком количестве можно получить из нефти данного типа. Содержание воды в нефти является самой весомой поправкой при вычислении массы нетто нефти по массе брутто, вода оказывает негативное влияние как на процесс переработки нефти, так и на эксплуатационные свойства нефтепродуктов и количество ее должно строго нормироваться. При перегонке нефти механические примеси могут частично оседать на стенках труб, аппаратуры и трубчатых печей, что приводит к ускорению процесса износа аппаратуры. Соединения серы в нефти, как правило, являются вредной примесью. Они токсичны, имеют неприятный запах, способствуют отложению смол, в соединениях с водой вызывают интенсивную коррозию металла. Перегонка нефти, содержащей хлористые соли, становится невозможной из-за интенсивной коррозии аппаратуры, а также из-за отложения солей в трубах печей и теплообменниках.

Технологические показатели характеризуют возможность транспортировки и хранения нефти и нефтепродуктов, некоторые из них также влияют на возможность поучения определенных нефтепродуктов из нефти.

Некоторые показатели качества нефти и нефтепродукта могут определяться согласно договоренности между поставщиком и покупателем.

Показатели качества нефти:

- фракционный состав,

- плотность,

- массовая доля воды,

- массовая концентрация хлористых солей,

- массовая доля механических примесей;

- массовая доля серы.

Технологические показатели нефти:

- давление насыщенных паров,

- вязкость,

- содержание парафинов, асфальтенов и смол,

- температура застывания,

- температура вспышки,

- теплопроводность,

- теплоемкость,

- теплота сгорания,

- электризация.

Основные физико-химические характеристики нефтепродуктов:

- Плотность

- Вес (молекулярная масса)

- Детонационная стойкость

- Октановое число

- Цетановое число

- Вязкость

- Давление насыщенных паров

- Температура вспышки, воспламенения и самовоспламенения

- Температуры застывания, помутнения и кристаллизации

- Электрические и диэлектрические характеристики

- Оптические характеристики

- Растворимость

- Растворяющая способность

- Испаряемость

Плотность

Плотность – масса нефти в единице объема.

r (кг/м³)

При изменении температуры плотность изменяется: при повышении температуры она уменьшается, при понижении температуры увеличивается.

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

Плотность используется при расчете массы продукта, занимающего данный объем, и наоборот, объема продукта, имеющего определенную массу. Вследствие этого этот показатель имеет особое значение при проведении операций купли-продажи между поставщиком и покупателем для определения количества продукта на всем пути следования нефти и нефтепродуктов от добычи до переработки и от переработки до потребителей.

На практике плотность определяют ареометрическим, пикнометрическим способом или с помощью автоматических плотномеров, установленных на потоке.

Вязкость

Вязкость является одной из главных характеристик жидкости. Вязкость – это свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению под действием приложенных к ней сил. Различают динамическую и кинематическую вязкость. Динамической вязкостью называется внутреннее сопротивление отдельных частиц жидкости движению общего потока. У легких нефтей вязкость меньше, чем у тяжелых. При добыче и дальнейшей транспортировке тяжелые нефти подогревают. Кинематической вязкостью называется отношение динамической вязкости к плотности среды.

Вязкость определяется структурой углеводородов, составляющих нефть и нефтепродукты, т.е. их природой и соотношением. Среди различных групп углеводородов, наименьшую вязкость имеют парафиновые, наибольшую – нафтеновые углеводороды. Можно добавить, что чем больше вязкость нефтяных фракций, тем больше температура их выкипания.

Вязкость жидкости зависит от температуры. При повышении температуры вязкость, как правило, уменьшается, при понижении – увеличивается. Для перерасчета вязкостей используются различные зависимости вязкости от температуры.

При воздействии на жидкость каких-либо сил между отдельными ее слоями возникает трение. Величина касательного напряжения t (Н/м² или кг/м_*с²), возникающего между отдельными слоями, как правило, определяется по формуле:

t = m _* dv/dr,                                                        (3)

где dv/dr – скорость сдвига отдельных слоев жидкости друг относительно друга (градиент скорости по радиусу трубы) (с^-1); m - коэффициент пропорциональности (коэффициент динамической вязкости) (кг/м_*с). Динамическая вязкость измеряется Па*с= 10Пз=1/10 кг/(м*с).

Для контроля метрологических характеристик узла учета и расчета оптимальных режимов работы нефтепроводов пользуются понятием коэффициента кинематической вязкости, который определяется как отношение m/r (м²/с). Единицей измерения кинематической вязкости чаще всего является стокс (м²/с) или сантистокс (мм²/с).

Для измерения вязкости нефти используют специальные приборы, называемые вискозиметрами.

Давление насыщенных паров

Давление насыщенных паров (ДНП) является важным показателем содержания легких углеводородов в нефти и нефтепродуктах и их испаряемости.

Способность молекул жидкости выходить через свободную поверхность наружу, образуя пар, называют испаряемостью. Над поверхностью каждой жидкости вследствие испарения находится пар, давление которого может возрастать до определенного предела, зависящего от температуры и называемого давлением насыщенного пара.

ДНП – это давление насыщенных паров транспортируемого продукта над его поверхностью в замкнутом объеме, находящихся в термодинамическом равновесии с жидкостью при данной температуре (жидкость не испаряется, пары не конденсируются).

При повышении температуры ДНП увеличивается, а при понижении – уменьшается. ДНП оказывает влияние на образование паровых пробок в трубопроводах, на значение потерь от испарения при закачке нефтиили нефтепродукта в резервуары и хранении в них, на глубину переработки нефти и выход фракций. ДНП измеряется по методу Рейда в соответствии с требованиями ГОСТ 1756 – 2000. В паспорте качества на нефть записывается значение ДНП, измеренное при строго определенной температуре 37,8 ⁰С (100 ⁰F), что позволяет сравнивать различные жидкости по этому показателю.

Теплоемкость

Теплоемкостью С вещества называется количество теплоты, которое необходимо передать единице массы этого вещества, чтобы повысить его температуру на 1 град. Теплоемкость является особенно важной характеристикой для тех из них, которые можно транспортировать по трубопроводам только с предварительным подогревом. Повышение температуры снижает вязкость нефти и вязких нефтепродуктов, и позволяет сделать их пригодными для перекачки. В зависимости от того, к какому количеству вещества относится тепло, различают удельную массовую (на единицу массы), удельную мольную (на один моль) теплоемкость. В зависимости от условий, при которых происходит процесс нагрева, для газов и паров различают теплоемкость при постоянном давлении (С_р) и при постоянном объеме (С_v).

Количество энергии, которое необходимо затратить для нагревания нефти, зависит от ее теплоемкости. Для большинства нефтей теплоемкость лежит в пределах 1,7-2,1 кДж/кг*град или 350-600кал/(кг*К). Для практических расчетов теплоемкость нефтепродуктов можно принимать равной 2,1 кДж/(кг*град).

Теплопроводность – процесс передачи тепла на молекулярном уровне внутри вещества. Характеризуется коэффициентом теплопроводности l – это количество тепла, которое проходит через единичную площадь слоя вещества толщиной 1м при разности температур в 1 градус Вт/(м * град). Теплопроводность нефтепродуктов с увеличением температуры уменьшается.

Теплота сгорания - это количество выделившейся теплоты при полном сгорании массовой (для твердых и жидких веществ) или объёмной (для газообразных) единицы вещества. Измеряется в Дж или кал.

Теплота сгорания, отнесённая к единице массы или объёма топлива, называется Удельной теплотой сгорания (Дж или кал на 1 кг, м³ или моль).

Низшая рабочая удельная теплота сгорания нефти мало меняется от состава ее органической массы и составляет 43-46 МДж/кг.

Для дизельного топлива – 46 МДж/кг

Для бензина – 44МДж/кг,

Топливо для реактивных самолетов – 43 МДж/кг,

Бытовой газ – 31,8 МДж/кг,

Уголь (древесный, каменный) – 31 МДж/кг,

Природный газ – 28-46 МДж/кг

Дерево (береза, сосна) – 15 МДж/кг.,

Торф – 8,1-15 МДж/кг,