Основные физические свойства и характеристики нефти и нефтепродуктов. Физические свойства. Удельный вес нефти представляет собой отношение веса к объему
Дата публикации 09.01.2013 13:37
Современные требования, которые предъявляют к качеству нефти , достаточно высоки. Поэтому ее производство постоянно требует совершенства, чтобы нефтепродукты соответствовали всем стандартам и нормам. Соответствующие организации осуществляют контроль над производством и конечным продуктом.
Система стандартизации, которая разработана государством, является эталоном, на который равняются все производители. Соблюдение ее условий является обязательным для всех.
Нефть и прочие нефтепродукты - это жидкая смесь, имеющая сложный состав углеводородных соединений и близко кипящих углеводородов, а также гетероатомов кислорода, азота, серы, некоторых металлов и кислот.
Одним из качественных показателей является плотность нефти . Это количество покоящейся массы, находящейся в единице объема. Плотность нефтепродуктов и ее определение является необходимым условием для более легкого расчета их массового количества. Это связано с тем, что учет нефти в единицах объема не очень удобен, потому что этот показатель может меняться в зависимости от изменения температуры.
Плотность нефти измеряется в килограммах на один кубический метр. Можно легко определить массу, зная показатели объема и плотности. Масса в отличие от объема не имеет зависимости от температуры продукта.
Обычно применяют такой показатель, как относительная плотность нефти . Она определяется как отношение массы нефти к массе чистой воды, которая берется в том же объеме, имея температуру +4°. Такой температурный уровень выбран не случайно. Вода в этом случае имеет наибольшую плотность, которая равна 1000 килограмм на один кубический метр. Для того чтобы определить относительную плотность нефти, ее температура должна составлять +20°. В этом случае она может равняться от 0,7 до 1,07 килограмм на кубический метр.
Существуют и другие физические свойства нефти.
Удельный вес – это вес, который имеет одна единица объема. По-другому, это сила, с которой притягивается к земле одна единица объема этого вещества. То есть, это плотность, умноженная на ускорение силы тяжести.
Еще одним понятием является относительный удельный вес. Величина этого показателя равна численной величине, которую имеет относительная плотность. Ее и используем для расчета этого показателя.
Удельный вес и плотность нефти могут изменять свои значения при изменении температуры. Поэтому, чтобы рассчитать плотность, найденную при одной температуре на такой же показатель при других температурных данных, надо учитывать поправки на изменения плотности в зависимости от изменения температуры.
Плотность нефти, вычисленная на практике, считается аддитивной величиной. Это связано с тем, что этот показатель может быть получен в виде средней величины для нескольких нефтепродуктов.
Для каждого района добычи нефти характерны свои физические свойства этого продукта. Так, например плотность нефти в Тюменской области в среднем колеблется от 825 до 900 килограмм на кубический метр.
Изучение физических свойств этого продукта необходимо не только для ее рационального применения в хозяйственных целях и для продажи на мировом рынке. Иногда это бывает очень важным при устранении экологических катастроф, возникающих в результате выброса нефтепродуктов в окружающую среду, и позволяет избежать многих ошибок.
Так, при ликвидации аварии предпринимают попытки устранить нефтяное пятно при помощи поджога, не учитывая, что физические характеристики этого продукта могли измениться в результате взаимодействия с окружающей средой. Поэтому эти обстоятельства следует учитывать в случаях очистки водных поверхностей. Это очень важный фактор, который не следует игнорировать.
Плотность - один из основных физических параметров и качественных характеристик сырой и товарной нефти . Относительная плотность нефти обычно варьируется в пределах 0,83 – 0,96.
Зная плотность нефти, можно сделать некоторые выводы о ее химическом и фракционном составе, то есть предположить какие компоненты преобладают в смеси, что в свою очередь влияет на стоимость сырья . Чем легче нефть, тем выше в ней содержание наиболее ценных легких фракций, тем меньше требуется усилий для ее переработки, и, соответственно, тем она ценнее. Ярким представителем легкой нефти является американский сорт WTI , который по-другому так и называется - Light Sweet, что в переводе с английского языка означает «легкая и сладкая» (сладкая в данном случае означает малосернистая). Некоторые виды легкой нефти, например, так называемые «белые нефти», имеют плотность всего 0,75 – 0,77.
В тяжелой нефти, наоборот, содержится большое количество высокомолекулярных примесей, таких как, смолисто-асфальтеновые вещества , что делает переработку довольно ресурсно-затратной. Поэтому и стоят тяжелые сорта нефти существенно дешевле легких сортов. Такие нефти имеют плотность, близкую к единице.
Таким образом, плотность – неотъемлемая характеристика каждого сорта нефти .
Кроме этого плотность нефти нужно знать при пересчете ее количества из объемных единиц в массовые, и наоборот, что необходимо при приемке, учете и отгрузке на нефтеперерабатывающих заводах и при транспортировке. При этом учитывается температура окружающей среды, а также климатический пояс, время года и пр. Следовательно, данные о плотности нефти необходимы не только для расчетов технологических процессов, но и для экономического планирования.
Плотность как физическая величина
Плотность – это отношение массы тела к занимаемому им объему.
Вычисляемое по данной формуле значение называют также абсолютной плотностью . В системе СИ данная величина выражается в кг/м 3 .
На практике же чаще всего прибегают к определению так называемой относительной плотности – отношению абсолютной плотности исследуемого вещества к абсолютной плотности какого-либо эталона при определенной температуре.
В большинстве случаев, в том числе в нефтяной индустрии, в качестве эталона используют дистиллированную воду. Измерения образцов нефти обычно проводят при 20 °С, и соответственно, относят полученные значения к плотности дистиллированной воды при 20 °С, либо при 4 °С (абсолютная плотность воды при данной температуре равна единице).
Установлено, что зависимость плотности большинства нефтей и нефтепродуктов от температуры имеет линейный характер (в интервале температур 0 – 50 °С) и выражается следующей формулой:
| γ = | ρ 1 - ρ 2 | |
| t 1 -t 2 |
Опираясь на данную зависимость можно вычислить плотность нефти при какой-либо температуре, зная ее плотность при другой температуре. В частности, довольно распространенной характеристикой нефти является ее относительная плотность при 20 °С относительно воды при 4 °С:
| ρ | 20 | = ρ | t | + γ (t - 20) |
| 4 | 4 |
Плотность в градусах API рассчитывается из относительной плотности, определяемой при стандартной температуре 15,6 °С (60 °F), по формуле:
| API = | 141,5 | - 131,5 | |
| ρ | 15,6 | ||
| 4 | |||
Вычислить относительную плотность, зная значение плотности в градусах API можно по обратной формуле:
| ρ | 15,6 | = | 141,5 | |
| 4 | API + 131,5 |
Таблица соответствия градусов API и относительной плотности нефти (при температуре 15,6 °С ):
| Градусы API | Относительная плотность | ©сайт |
|---|---|---|
| 8 | 1.014 | |
| 9 | 1.007 | |
| 10 | 1.000 | |
| 11 | 0.993 | |
| 12 | 0.986 | |
| 13 | 0.979 | |
| 14 | 0.973 | |
| 15 | 0.966 | |
| 16 | 0.959 | |
| 17 | 0.953 | |
| 18 | 0.946 | |
| 19 | 0.940 | |
| 20 | 0.934 | |
| 21 | 0.928 | |
| 22 | 0.922 | |
| 23 | 0.916 | |
| 24 | 0.910 | |
| 25 | 0.904 | |
| 26 | 0.898 | |
| 27 | 0.893 | |
| 28 | 0.887 | |
| 29 | 0.882 | |
| 30 | 0.876 | |
| 31 | 0.871 | |
| 32 | 0.865 | |
| 33 | 0.860 | |
| 34 | 0.855 | |
| 35 | 0.850 | |
| 36 | 0.845 | |
| 37 | 0.840 | |
| 38 | 0.835 | |
| 39 | 0.830 | |
| 40 | 0.825 | |
| 41 | 0.820 | |
| 42 | 0.816 | |
| 43 | 0.811 | |
| 44 | 0.806 | |
| 45 | 0.802 | |
| 46 | 0.797 | |
| 47 | 0.793 | |
| 48 | 0.788 | |
| 49 | 0.784 | |
| 50 | 0.779 | |
| 51 | 0.775 | |
| 52 | 0.771 | |
| 53 | 0.767 | |
| 54 | 0.763 | |
| 55 | 0.759 | |
| 56 | 0.755 | |
| 57 | 0.750 | |
| 58 | 0.747 | |
| 59 | 0.743 | |
| 60 | 0.739 | |
От чего зависит плотность нефти
Плотность нефтей зависит от множества факторов: в первую очередь от фракционного и химического состава, а также от содержания растворенных газов, условий образования и др.
В частности, чем глубже находятся залежи нефти, тем она легче. Дело в том, что чем глубже залегает нефть, тем она старше, и тем больше в ней накапливаются углеводороды, обладающие минимальной свободной энергией, такие как алканы.
Иногда из этого правила бывают исключения, которые, однако, объясняются вторичными явлениями, например миграцией нефти в верхние пласты.
Удельный вес нефти представляет собой отношение веса к объему
где g – ускорение свободного падения, σ - плотность нефти. Удельный вес не является справочной величиной, так как он изменяется с изменением g в различных точках Земли. Поэтому лучше рассматривать плотность нефти, т.е. свойства вещества, определяющиеся массой m (физической характеристикой материи) и объемом V.
Единицей плотности с системе СГС является г/см 3 , в СИ- кг/м 3 .
Плотность нефти колеблется от 0,76 до 0,96 г/см 3 (Т=20°) и зависит от соотношения указанных составных частей. Плотность древних нефтей всегда меньше плотности нефти молодых месторождений.
Повышение молекулярной массы углеводорода сказывается на увеличении его вязкости. Наибольшей вязкостью обладают нафтеновые углероды, меньшей – ароматические и парафиновые, непердельные. При повышении давления, вязкость возрастает незначительно, а рост температуры приводит к существенному изменению вязкости (она уменьшается). С увеличением вязкости сжимаемость нефти уменьшается.
Вязкость – или внутреннее трение- способность жидкости проявлять сопротивление перемещению ее частиц относительно друг друга. Единицей измерения вязкости является пуаз (сантипуаз). Для одной и той же нефти вязкость в зависимости от температуры оказывается различной. При равных условиях измерения вязкость нафтеновых и ароматических нефтей больше чем у метановых.
Удельное электрическое сопротивление (р) нефтей достигает 10 16 Омм, диэлектрическая постоянная - 2. Скорость сейсмических волн (V Р) меньше чем в воде и изменяется от 1300 до 1400 м/с. С увеличением плотности на 0,01 г/см скорость ультразвука увеличивается на 7 м/с. Углеводородные газы в нефти являются причиной изменения физических свойств. С увеличением газа (Vp) снижается более чем на 150 м/с.
Природные газы в месторождениях нефти, в основном, состоят из метана, более летучих углеводородов и небольшого количества азота. Сухие газы содержат 90-99% метана. Почти все газы в нормальных условиях (0,1 МПа,20 с) устойчивы и только пентан легко приходит в жидкое состояние. Относительная плотность метана по воздуху равна 0,554. Для сухого воздуха плотность равна 0,00128 для метана 0,000677. Скорость распространения ультразвука при температуре ноль градусов и давлении 0,1 МПа в сухом воздухе составляет332 м/с, в метане - 500 м/с, в азоте - 338 м/с, в углекислом газе - 261 м/с, в кислороде - 316 м/с.
Растворимость газов в нефти. Любой газ обладает способностью растворяться в жидкости, причем количество растворившегося газа зависит от состава жидкости и газа, от давления, температуры и присутствующих в жидкости иных растворимых веществ.
Нефть и газ – вещества очень сходного состава, поэтому их взаимная растворимость высокая. Это приводит к тому, что находясь в природных условиях газы теряют тяжелые компоненты (этан, пропан, бутан, петан), которые почти полностью растоворяются в нефти. Однако происходит процесс и противоположного характера.
Если в природном резервуаре много сухого метанового газа и мало нефти, может произойти полное растворение нефти в газе и в этом случае гах обогатится тяжелыми компоненами.
Пластовые воды в нефтяных и газовых месторождениях по химическому составу делятся на два типа: хлор-кальциевые и щелочные.
Плотность дистиллированной воды при 4°С принята за 1. Выше и ниже этой температуры плотность воды меньше. Поскольку пластовые воды содержат различные соли, то их плотность обычно выше 1.
Удельное электрическое сопротивление (ρ) в зависимости от концентрации солей изменяется в широких пределах от 10" до 10 мм. Диэлектрическая постоянная ε 0 равна 81. С увеличением температуры растворов р уменьшается. Для дистиллированной воды ρ= 2*10 5 Омм.
Скорость для дистиллированной воды при I = 20° равна 1480 м/с. С увеличением давления и минерализации Vр увеличивается.
Одно из самых полезных ископаемых современности, «черное золото», «земляное масло» или просто нефть - играет на мировой финансовой арене одну из ключевых ролей. Цена на нефть определяет благосостояние не только отдельных людей, но целых государств.
Нефть была известна человечеству за несколько тысяч лет до рождества Христова. Ее использовали при строительстве легендарного города Вавилон. Древние египтяне мумифицировали с ее помощью своих умерших, а древние греки использовали нефть для создания зажигательных смесей в своих многочисленных войнах. В средние века человечество стало использовать продукты перегонки нефти в медицине и быту.
Слово «петролеум» (petroleum, англ.) образовано от словосочетания, которое дословно переводится как «каменное масло» (petrа - камень, oleum - масло). В немецком и многих других языках мира понятие, означающее «нефть» также дословно переводится как «горное (или каменное) масло», в том числе и в китайском языке. Кстати, именно жители Поднебесной в 347 году н.э. пробурили первую нефтяную скважину.
Ученые утверждают, что русское «нефть» произошло от ассирийского слова с глубокими арабскими корнями, означающего «то, что исторгнуто землей». Другие версии говорят о древнеиранском слове nаft - «влажное, жидкость».
Свойства нефти
Жидкая, маслянистая субстанция чисто черного цвета, а в некоторых случаях с коричневым или даже зеленым оттенком, нефть, имеет плотность от 0,65 до 1,05 г/см3. Показатель удельного веса относит вещество к той или иной категории, от легкой до тяжелой. Так, вещество, образованное из органических осадочных пород, с плотностью менее 0,83 г/см3 - легкая, а более 0,86 г/см3 - тяжелая.
| Плотность нефти (г/см3) | Удельный вес нефти (кг/м3) | Сколько кг нефти в 1 литре | Сколько литров в 1 барреле |
| 0,65 - 1,05 | 650 - 1050 | 0,650 - 1,050 | 158,99 |
Плотность нефти зависит не только от температуры и давления. Различный состав и количество органических соединений определяет разные пределы температур кипения и кристаллизации. Также рассматриваются такие характеристики как:
- содержание парафинов,
- вязкость нефти,
- содержание смолисто-асфальтеновых веществ,
- электрическая проводимость,
- температура вспышки и т. д.
- Многие думают, что органические вещества, из которых образовалась нефть - это останки доисторических динозавров. Это не так. На самом деле 90% из них - фитопланктон и еще 10% останки других морских прибрежных микроорганизмов древних времен.
- Нефть не залегает в подземных озерах или реках, а насыщает особые пористые горные породы-коллекторы. Именно они и образуют нефтяные месторождения.
- Нефть спасла китов от абсолютного истребления. До того, как продукт первой нефтеперегонки, керосин, стали применять для освещения, из китового жира изготавливали косметические средства, свечи и даже использовали как первое защитное покрытие для фотографий. Впоследствии спрос на жир кашалотов резко упал, а после и вовсе исчез из-за отсутствия экономической выгоды. Сегодня жир этих животных используют в крайне узкой сфере космических исследований, как смазочный материал, так как он не замерзает даже в условиях космического холода.
- Когда-то давно, на заре становления нефтеперерабатывающей отрасли, бензин был бесплатным. Главным ее производным был керосин, а бензин интересовал потребителей только как средство для выведения вшей и пятен с одежды. За ненадобностью его даже сливался в реки.
- Нефть одна из составляющих таких продуктов как жевательные резинки, губные помады, спортивное оборудование (мячи, ракетки, лыжи, покрытие газонов и пр.), приманки для рыбы и прочее оборудование для рыбалки.
- Используется при создании зубных протезов и зубной пасты, гитарных струн (нейлон), духов, антиперспирантов и даже контактных линз.
