Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Физико-химические свойства нефтей и нефтепродуктов

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 761575.02.99
Рассмотрены физико-химические свойства нефтей и нефтяных фракций, расчетные, графические и экспериментальные способы определения их физических показателей. Приведена классификация нефтей и нефтепродуктов. Представлены эксплуатационные и экологические свойства и марки товарных нефтепродуктов, показатели качества и методы их определения, а также основные принципы работы бензиновых, дизельных и реактивных двигателей. Для студентов химико-технологических факультетов. Может быть полезно инженерно-техническим работникам нефтеперерабатывающей отрасли.
Власов, В. Г. Физико-химические свойства нефтей и нефтепродуктов : учебное пособие / В. Г. Власов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. - 216 с. - ISBN 978-5-9729-0620-8. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1835986 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.

В. Г. ВЛАСОВ





                ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТЕЙ И НЕФТЕПРОДУКТОВ





Учебное пособие

Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2021

УДК 665.7
ББК 65.305.14
     В58

Рецензент:
профессор Самарского государственного технического университета, главныйредактор журнала «Вестник СамГТУ» I А. А. Пимерзин



Автор выражает искреннюю признательность А. Агафонову за участие в исполнении графической части пособия и сотрудникам кафедры химической технологии переработки нефти и газа Самарского государственного
технического университета А. А. Пимерзину, Л. И. Заботину и Ю. В. Ереминой за полезные замечания при написании настоящего пособия





     Власов, В. Г.
В58      Физико-химические свойства нефтей и нефтепродуктов : учебное по     собие / В. Г. Власов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. -216 с. : ил., табл.
          ISBN 978-5-9729-0620-8

    Рассмотрены физико-химические свойства нефтей и нефтяных фракций, расчетные, графические и экспериментальные способы определения их физических показателей. Приведена классификация нефтей и нефтепродуктов. Представлены эксплуатационные и экологические свойства и марки товарных нефтепродуктов, показатели качества и методы их определения, а также основные принципы работы бензиновых, дизельных и реактивных двигателей.
    Для студентов химико-технологических факультетов. Может быть полезно инженерно-техническим работникам нефтеперерабатывающей отрасли.


                                                          УДК 665.7
                                                          ББК 65.305.14





ISBN 978-5-9729-0620-8

    © Власов В. Г., 2021
    © Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
                           © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

        ВВЕДЕНИЕ


    Учебное пособие состоит из двух частей.
    В первой части «Основные физико-химические свойства нефтей и нефтяных фракций» рассмотрены основные показатели, характеризующие физико-химические свойства нефтей, нефтяных фракций и товарных нефтепродуктов, расчетные, графические и экспериментальные способы их определения.
    Во второй части «Характеристика товарных нефтей и нефтепродуктов» приведена классификация нефтей и нефтепродуктов, рассмотрены эксплуатационные и экологические свойства товарных нефтепродуктов, марки товарных нефтепродуктов, показатели качества и методы их определения, а также основные принципы работы карбюраторных и инжекторных бензиновых двигателей, дизельных и реактивных двигателей.

3

        1. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТЕЙ И НЕФТЕПРОДУКТОВ


    Знание физических и химических свойств нефтей, нефтяных фракций и газов, а также углеводородов, входящих в их состав, позволяет управлять процессами переработки нефти и газа.
    Кроме того, знание физических свойств нефтепродуктов необходимо для контроля их качества и квалифицированного использования их на транспорте и в других отраслях промышленности.
    Нефтепродукты представляют собой, как правило, сложные смеси углеводородов различных классов с примесями серо-, азот-, кислородсодержащих и других соединений, поэтому качество нефтяных фракций и нефтепродуктов можно оценить только на основе комплекса физико-химических показателей. Основные показатели, характеризующие свойства нефтепродуктов, следующие:
    -  плотность;
    -  молярная масса;
    -  давление насыщенных паров;
    -  вязкость;
    -  индекс вязкости;
    -  фракционный состав;
    -  температура застывания;
    -  температура начала кристаллизации;
    -  температура вспышки;
    -  температура воспламенения;
    -  температура самовоспламенения и т. д.
    Рассмотрим основные показатели качества нефтей и нефтепродуктов.

1.1. ПЛОТНОСТЬ
    Плотность - один из основных показателей качества нефтей и нефтепродуктов. Этот показатель имеет важное значение в случае прямого определения объема нефтепродуктов для того, чтобы перейти к их массе. Кроме того, знание плотности позволяет дать приблизительную характеристику нефтепродукта, судить о его химической 4

природе, происхождении, качестве. Знание плотности необходимо также при выполнении технологических расчетов.
    Различают абсолютную и относительную плотность. Под абсолютной плотностью понимается масса вещества в единице объема:
р = |,                         (1.1)
где р - плотность вещества, г/см³, кг/м³;
    G - масса вещества, г, кг;
    V- бъем вещества, см³, м³.
    В нефтепереработке чаще используют относительную плотность. Под относительной плотностью понимают отношение плотности нефтепродукта при температуре t2 к плотности дистиллированной воды при температуре ti и обозначают как р.². Таким образом, относи-t1
тельная плотность - величина безразмерная. В нашей стране принята t2 = 20 °C и ti = 4 °C. Обозначают относительную плотность как р2⁰. Так как плотность воды при 4 °C равна единице, численные значения абсолютной плотности и относительной совпадают. В других странах относительную плотность обозначают как рЦ, т. е. t2 = ti = 60 ° F = 15,6 °C.
    Плотность нефти и нефтепродуктов уменьшается с повышением температуры нагрева. Изменение плотности в зависимости от температуры может быть рассчитано по формуле
р4 - Р4²⁰ - а (t - 20),             (1.2)
где р4 - плотность нефтепродукта при температуре t;
    р2⁰ - относительная плотность нефтепродукта при температуре 20 °C;
    а - поправка на изменение плотности при изменении температуры на один градус (табл. 1.1);
    t - температура, при которой определяется плотность нефтепродукта, °C.

5

    Формула была предложена Д. И. Менделеевым. Однако следует иметь в виду, что результат пересчета плотности по этой формуле будет правильным при условии определения плотности испытуемого нефтепродукта при температурах не ниже 0 °C и не выше 50 °C.
    Плотность нефтепродуктов в пределах температур 20 - 250 °C можно определить по формуле

pₜ = 1000 • р₄²⁰

0,58
  20 р4

• (t - 20)

t -1200 • (р₄²⁰ - 0,68) 1000

• (t - 20), (1.3)

—

где pt - плотность нефтепродукта при температуре t, г/см³;
    t - температура, при которой определяют плотность, °C;
    р2⁰ - относительная плотность нефтепродукта при температуре 20 °C.


    Если необходимо пересчитать р2⁰ на рЦ и наоборот, можно воспользоваться формулой

„15 _ „20,^
р15  р4 ⁺⁵'^р

(1.4)

где а - поправочный коэффициент (см. табл. 1.1).


    Вместо последних двух формул можно использовать соответствующие графики [1, с. 36; 2, с. 104].
    При расчетах часто необходимо знание плотностей смесей нефтяных фракций или углеводородов. В этих случаях можно использовать следующие формулы:

1_______________1___________
X, ~ X 1     X ₂            ’
У —¹         + —2- +... + —n
Ы рг      р1    р2          рп

(1.5)

рсм

i=п
У G
i=1

G1 + G₂ +... + Gₙ
G1    G₂        G  ’
    +   — +... + —
р1    р2        рп

(1.6)

i=п
У G
Й рг

6

Т а б л и ц а 1.1
Средние температурные поправки при определении плотности нефтепродуктов

  Плотность    Температурная     Плотность    Температурная  
              поправка на 1 °C               поправка на 1 °C
0,6900-0,6999     0,000910     0,8500-0,8599     0,000699    
0,7000-0,7099     0,000897     0,8600-0,8699     0,000686    
0,7100-0,7199     0,000881     0,8700-0,8799     0,000673    
0,7200-0,7299     0,000870     0,8800-0,8899     0,000660    
0,7300-0,7399     0,000857     0,8900-0,8999     0,000647    
0,7400-0,7499     0,000841     0,9000-0,9099     0,000633    
0,7500-0,7599     0,000831     0,9100-0,9199     0,000620    
0,7600-0,7699     0,000818     0,9200-0,9299     0,000607    
0,7700-0,7799     0,000805     0,9300-0,9399     0,000594    
0,7800-0,7899     0,000792     0,9400-0,9499     0,000581    
0,7900-0,7999     0,000778     0,9500-0,9599     0,000567    
0,8000-0,8099     0,000765     0,9600-0,9699     0,000554    
0,8100-0,8199     0,000752     0,9700-0,9799     0,000541    
0,8200-0,8299     0,000738     0,9800-0,9899     0,000528    
0,8300-0,8399     0,000725     0,9900-1,0000     0,000515    
0,8400-0,8499     0,000712                                   

                             i£ ViPi
= = £ i i = V1P1 + V2 P2 +... + Vₙpₙ
Рсм         V          V1 + г +... + Vₙ

                               i=1

(1.7)

где рСм - плотность смеси;
    pi - плотность компонента смеси;
    Xi - массовая концентрация компонента смеси;
    Gi - масса компонента смеси, кг;
    Vₜ - объем компонента смеси, м³.


    Плотность необходима для расчета массы нефтей и нефтепродуктов при их приеме, отпуске и учете, поскольку учет количества нефтей и нефтепродуктов в объемных величинах неудобен, так как объем жидких нефтепродуктов зависит от температуры, которая

7

изменяется в довольно широких пределах. Величина плотности является составной частью многих формул, используемых при технологических и механических расчетах. Кроме того, плотность является нормируемым показателем для многих товарных нефтепродуктов. Плотности нефтей и нефтепродуктов находятся в следующих пределах (кг/м³):
    -  нефти - 0,720-1,070, чаще 800-900;
    -  жидкие газы - 400-600;
    -  бензиновые фракции - 650-760;
    -  керосиновые фракции - 775-850;
    -  дизельные фракции - 810-890;
    -  вакуумные газойли - 820-930;
    -  масляные дистилляты - 880-940;
    -  гудроны - 970-985 (иногда 1020-1040).
    Плотность газов при стандартных условиях (давление - 0,1 МПа, температура - 0 °C) находят по формуле:

М ⁷ ~ 22,4,

(1.8)

где у - плотность газа, кг/м³ или г/см³;
    M- молярная масса газа, кг/кмоль или г/моль;
    22,4 - объем одного кмоль газа, м³.


    Плотность газа при условиях, отличных от стандартных, температуре Т (К) и давлении Р (МПа) можно определить по формуле


М • Р

                            7 = 1,219


Т

    Обычно относительную плотность газов определяют как отношение плотности газа к плотности воздуха (ре = 1,293 кг/м³).

М 7 =--------22,4 • 1,293

(1.9)

    Все углеводородные газы, кроме метана, имеют плотность выше

единицы.

8

   Плотность нефтяных паров находят из соотношения
Gc р⁼V,

где Gc - расход паров, кг/с; Vc - объем паров, м³/с.


    Секундный объем паров при температуре t и давлении Р можно определить по формуле

V = 22,4 ■ — ■
c M 3600

1 t + 273 0,1

---------z, 273 P

(1.10)

■

где G - массовый расход паров, кг/ч;
    М - молярная масса паров;
    t - температура паров, ОС;
    P - давление в системе, МПа;
    z - коэффициент сжимаемости; зависит от приведенных параметров продукта (см. разд. 1.13).

    Плотность нефтепродуктов может быть определена с помощью ареометра (нефтеденси-метра), пикнометра или гидростатических весов. Выбор метода определения плотности зависит от количества и вязкости нефтепродукта, требуемой точности определения и отводимого для анализа времени.
    С помощью ареометра (рис. 1.1) можно определить плотность с точностью до 0,001 и 0,005 соответственно для маловязких и вязких нефтепродуктов.
    С помощью гидростатических весов определяют плотность с точностью до 0,0005 (540⁴).

Рис. 1.1. Ареометр:
1 - шкала плотности;
2 - линия отсчета;
3 - термометр; 4 - груз

9

    Применение пикнометра позволяет определить плотность с наибольшей точностью - до 0,00005 (5-10⁻⁵), но и времени для анализа необходимо затратить больше.
    ГОСТ 3900 устанавливает методы определения плотности нефти и нефтепродуктов с помощью ареометра (нефтеденсиметра) и пикнометра.
    Ареометры выпускаются с ценой деления шкалы от 0,0005 до 0,005 г/см³, с термометрами и без термометров.
    Для определения плотности нефтепродукта применяют стеклянные цилиндры. Диаметр цилиндра должен быть по крайней мере в 2 раза больше диаметра широкой части ареометра.
    Стеклянный цилиндр необходимо установить на прочной подставке и осторожно налить в него анализируемый нефтепродукт, температура которого может отличаться от температуры окружающей среды не более чем на ±5 °С. Поэтому пробу нефтепродукта необходимо выдержать при температуре окружающей среды. Для определения плотности необходимо иметь не менее 300 см³ испытуемого нефтепродукта.
    Чистый и сухой ареометр медленно и осторожно опускают в цилиндр с нефтепродуктом, поддерживая ареометр за верхний конец, не допуская смачивания части стержня, расположенного выше уровня погружения ареометра.
    После того как ареометр установится и прекратятся его колебания, отсчитывают показания по верхнему краю мениска. Температуру нефтепродукта определяют по термометру ареометра или измеряют ее дополнительным термометром.
    Отсчет по шкале ареометра покажет плотность нефтепродукта при температуре испытания.
    Проводят параллельно два определения плотности. Расхождение между параллельными определениями не должно превышать 0,0005 г/см³ для прозрачных нефтепродуктов и 0,0006 г/см³ -для темных нефтепродуктов и непрозрачных нефтепродуктов.
    В стандартах на нефтепродукты плотность указывается при тем

пературе 20 °С.

10