Тепловые свойства нефтей

Повышение температуры снижает вязкость нефти, увеличивает её текучесть. Количество энергии, которое необходимо затратить для нагревания аномольновязких или высокопарафинистых нефтей, зависит от их теплоёмкости.

Под теплоёмкостью понимается количество теплоты, которое необходимо передать единице массы этого вещества, чтобы повысить его температуру на 1° Цельсия или Кельвина. Для большинства нефтей величина теплоёмкости (с) лежит в пределах: 1500-2500 Дж/(кг·К) ≈ 350-600 кал/(кг·К). Теплоемкость пресной воды = 4190 Дж/(кг·К)

Для повышения температуры нефти объёма (V), c плотность. (ρ) от температуры (Т₁) до значения (Т₂) необходимо затратить количество (Q) энергии, равное:

Q =ρ · c · (Т₂ - Т₁) · V. (4.17)

Однако величина теплоёмкости зависит от температуры, поэтому каждое её значение необходимо относит к определенной температуре или к интервалу температур.

Теплопроводность нефтейопределяет перенос энергии от более нагретых участков неподвижной нефти к более холодным. Коэффициент теплопроводности (l) описывается законом теплопроводностиФурье и характеризует количество теплоты (dQ), переносимой в веществе через единицу площади (S) в единицу времени (t) при градиенте температуры (dT/dx), равном единице:

. (4.18)

Коэффициент теплопроводности (l) для нефтей находится в интервале 0,1-0,2 Вт/(м·К).

Теплота сгоранияхарактеризует количество тепла, выделившегося при сгорании 1 кг жидкости. Различают высшую (Q_в) и низшую (Q_н) теплоту сгорания. Высшая теплота сгорания – это количество тепла, выделившегося при сгорании 1 кг жидкости при наличии в ней влаги. Низшая теплота сгорания – это количество тепла, выделившегося при сгорании 1 кг жидкости за вычетом тепла направленного на испарения воды и влаги. С увеличением молекулярной массы газообразного углеводорода, влажности, молекулярной массы фракций теплота сгорания растет.

Электрические свойства нефтей

Нефть – диэлектрик. Диэлектрическая проницаемость (ε) показывает, во сколько раз взаимодействие между электрическими зарядами в данном веществе меньше, чем в вакууме, при прочих равных условиях. Теоретически считается, что если у вещества ε < 2,5, то вещество считается диэлектрик. Величины диэлектрической проницаемости изменяются в следующих диапазонах: для воздуха → 1 – 1,0006; для нефти → 1,86 – 2,38; для нефтяного газа → 1,001 – 1,015; для смол и асфальтенов → 2,7 – 2,8; для воды → 80 – 80,1.

С увеличением минерализации диэлектрическая проницаемость будет падать. Например, для растворов NaCl в воде при концентрации NaCl равной 5,6 % диэлектрическая проницаемость воды равна – 69,1, а при концентрации NaCl равной 10,7 % диэлектрическая проницаемость уменьшится до 59.

Электрические свойства зависят от содержания асфальто-смолистых веществ в нефти и с увеличением их содержания можно говорить и об электрической проводимости нефти. Величина удельной электропроводности (γ, ом·м^-1) нефтей изменяется в диапазоне → 0,5 · 10^-7–0,5 · 10^-6; газоконденсатов и светлых нефтепродуктов → 10^-10 – 10^-16 [ом· м]^-1.

Молекулярная масса

Молеккулярная масса -важнейшая характеристика нефти. Этот показательдает среднее значение веществ, входящих в состав той или иной фракций нефти и позволяет сделать заключение о составе нефтепродуктов. Он широко применяется для расчетов аппаратов подготовки и переработки нефтей. Молекулярная масса связана с температурой кипения продуктов и используется для определения молекулярной рефракции, парахора (эмпирическая зависимость, позволяющая охарактеризовать химический состав нефтяных фракций) и др.

Молекулярная масса узких — пятидесятиградусных — фракций различных нефтей с одинаковыми пределами перегонки имеет достаточно близкие значения. Определение молекулярной массы нефтепродуктов, как и индивидуальных веществ, проводят различными методами, что объясняется разнообразием свойств этих продуктов. Очень часто способ, пригодный для определения молекулярной массы одних продуктов, совершенно непригоден для других. В аналитической практике применяют криоскопический, эбуллиоскопический и реже осмометрический методы. Кроме того, существуют приближенные расчетные методы.

Наиболее распространенной эмпирической формулой для определения молекулярной массы нефтепродуктов является зависимость Воинова:

М_ср = а + bt_ср + ct²_ср,(4.19)

где а, b, с — постоянные, различные для каждого класса углеводородов;

tср — средняя температура кипения нефтепродуктов, определяемая посоот­ветствующим таблицам или номограммам.

Для алканов формула Воинова имеет вид:

М_ср = 60 + 0,3 · t_ср, + 0,001·t²_ср.(4.20)

для циклоалканов:

М_ср = (7·К - 21,5) + (0,76 - 0,04·K) ·t_ср + (0,0003·K - 0,00245)· t²_ср,(4.21)

где К — характеристический фактор, который колеблется в пределах 10,0— 12,5 (по данным Гурвича И.Л.).

Молекулярная масса связана с температурей кипения и показателем преломления:

lg М = 1,939436 + 0,0019764·t_кип + lg (2,1500 – n²²_D),(4.22)

где tкип — средняя температура кипения фракции.

Расчет по этому уравнению дает довольно точные результаты. Для фракций с молекулярной массой 70—300 (керосин — легкие смазочные масла) можно использовать корреляцию: М —t_кип. —ρ²⁰₄. Для более узких тяжелых, фракций (240— 590) можно пользоваться зависимостью: М— n²²_D —t_пл.Для нахождения молекулярной массы этими методами имеются номограммы.