6. Температурные свойства нефти.

а) Высокотемпературные свойства.

Температурой вспышки называется минимальная температура, при которой пары нефтепродукта образуют с воздухом смесь, способную к кратковременному образованию пламени при внесении в нее источника воспламенения (пламени, электрической искры). Вспышка представляет собой слабый взрыв, который возможен в строго определенных концентрационных пределах в смеси УВ с воздухом. Различают верхний и нижний пределы взрываемости. Верхний предел взрываемости характеризуется максимальной концентрацией паров органического вещества в смеси с воздухом, выше которой воспламенение и горение при внесении внешнего источника воспламенения невозможно из-за недостатка кислорода. Нижний предел взрываемости находится при минимальной концентрации органического вещества в воздухе, ниже которой количество теплоты, выделившееся в месте локального воспламенения, недостаточно для протекания реакции во всем объеме.

Температура вспышки связана с температурой кипения исследуемого вещества. Для индивидуальных веществ эта зависимость по Орманди и Кревину выражается равенством: , где К – коэффициент, равный 0,736.

Температурой воспламенения называется минимальная температура, при которой пары испытуемого продукта при внесении внешнего источника воспламенения образуют устойчивое незатухающее пламя. Она всегда выше температуры вспышки, часто довольно значительно – на несколько десятков градусов.

Температурой самовоспламенения называется минимальная температура, при которой пары нефтепродукта в смеси с воздухом воспламеняются без внешнего источника воспламенения. Она всегда выше, чем температура вспышки и воспламенения. Наиболее низкую температуру самовоспламенения имеют нормальные алканы. Изоалканы и арены имеют более высокую температуру самовоспламенения.

б) Низкотемпературные свойства нефтяных фракций имеют чрезвычайно важное значение при их использовании. При понижении температуры нефтепродукты теряют подвижность из-за выделения надмолекулярных структур (кристаллов) алканов и образования структурного каркаса, а также из-за повышения вязкости.

Температура кристаллизации соответствует такой температуре, при которой из нефтяной фракции выделяются растворенная вода, парафины, бензол, видимые невооруженным взглядом. Она, как правило, повышается по мере увеличения молекулярной массы УВ и их температуры кипения. Наиболее высокая температура кристаллизации наблюдается у УВ с симметричным строением молекул. Сильно разветвленные алканы, а также содержащие несколько алкильных заместителей (моноциклические алканы, арены и гомологи нафталина) не кристаллизуются, а переходят в аморфное состояние. Обычно кристаллизация парафинов и церезинов наступает при более высоких температурах, чем нефтепродукт теряет подвижность. Это объясняется тем, что структура, образуемая кристаллами последних при этих температурах еще непрочна, однако уже в этих условиях они могут забивать топливные фильтры и создавать пробки в трубопроводах.

Кристаллизация парафина сопровождается помутнением нефтепродукта. Появление «облаков» мелких кристаллов в массе нефтепродукта считается моментом помутнения. Температура, зафиксированная при этом, называется температурой помутнения. Эта температура – важная эксплутационная характеристика.

Температурой застывания считается температура, при которой охлаждаемая в пробирке фракция не изменяет уровня при наклоне пробирки на 45^о.

7. Оптические свойства нефти. На практике, чтобы охарактеризовать состав нефтепродуктов, а также контроля за качеством продуктов при их производстве часто используют такие оптические свойства, как коэффициент преломления, молекулярная рефракция и дисперсия. Эти показатели внесены во многие ГОСТы и приводятся в справочной литературе.

При переходе световых лучей из одной среды в другую их скорость и направление меняются. Это явление называется рефракцией. Различают:

– удельную рефракцию , где n – показатель преломления, ρ – плотность продукта, измеренная при той же температуре, что и n;

– молярную рефракцию , где М – молекулярная масса.

Молекулярная рефракция обладает аддитивностью для индивидуальных веществ. Кроме того, она равна сумме атомных рефракций. Также было установлено, что удлинение молекулы на одну метиленовую группу (СН₂) вызывает увеличение молекулярной рефракции на 4,6 единицы.

Отношение синусов углов падения и преломления для данной среды – величина постоянная, не зависящая от угла падения: , где r, i– углы падения и преломления; n – показатель (коэффициент) преломления.

Показатель преломления – важная константа не только для индивидуальных веществ, но и для нефтепродуктов, являющихся сложной смесью различных соединений. Известно, что показатель преломления тем меньше, чем больше в УВ относительное содержание водорода. При одинаковом содержании атомов С и Н в молекуле показатель преломления циклических соединений больше, чем алифатических. Наибольшими n обладают арены, наименьшими – алканы. В гомологических рядах показатель преломления возрастает с удлинением цепи и наблюдается линейная зависимость между ним и плотностью.

Зависимость показателя преломления света от длины его волны для данного вещества характеризуется дисперсией (рассеянием) света. Дисперсия, характерная для данного вещества, определяется разностью показателей преломления для двух лучей определенных длин волн . На практике чаще всего используют источник света с желтой натриевой линией D, а также водородные F и G линии. Разность называют средней дисперсией, а отношение – удельной дисперсией. Удельные дисперсии аренов намного выше, чем насыщенных алканов и циклоалканов. Удельные дисперсии аддитивны и могут быть вычислены по правилу смешения. Это позволяет определять содержание аренов в бензине.

К оптическим свойствам нефти следует отнести и ее цвет. Большинство нефтей окрашено в краснокоричневый или коричневый, а некоторые и в черный цвет. Почти бесцветных нефтей встречается мало. УВ, входящие в состав нефтей, не имеют окраски. Тот или иной цвет нефтям придают смолистые и сернистые соединения. Отсюда ясно, что чем тяжелее нефть и чем больше в ней смол и асфальтенов, тем цвет ее темнее, причем присутствие последних вызывает наиболее темную окраску.

Как сырые нефти, так и ее дистилляты часто в отраженном свете флюоресцируют, т.е. светятся (отливают) зеленоватым или синеватым оттенком.

Почти все природные нефти оптически деятельны, т.е. способны вращать плоскость поляризации прямолинейно поляризованного светового луча. Как правило, нефти вращают плоскость поляризации вправо и только из некоторых нефтей (например, с о. Борнео, о. Явы) наряду с правовращающими фракциями были выделены также недеятельные и левовращающие.

8. Электрические свойства нефти. Сухие нефти и нефтепродукты являются непроводниками или диэлектриками. Диэлектрическая постоянная их колеблется в очень узких пределах (1,8–2) и мало отличается от подобной величины для воздуха. Поскольку нефть и ее фракции являются диэлектриками, они легко электризуются при перекачке, перемешивании, заполнении резервуаров. Возникший электрический заряд накапливается, если рассеяние происходит медленно. В результате такой электризации при разряде в подходящих условиях может появиться искра, достаточно сильная для воспламенения паров с последующим взрывом или пожаром.

9. Растворимость и растворяющая способность. Нефть, ее фракции и жидкие УВ хорошо растворяются при обыкновенной температуре в таких органических растворителях, как бензол, этиловый эфир, сероуглерод и четыреххлористый углерод; несколько хуже растворяются в этих растворителях твердые УВ. Сами нефти и нефтепродукты служат хорошими растворителями для целого ряда веществ, как-то: иод, сера, каучук, многие другие смолы, а также большинство растительных и животных масел. При обыкновенной температуре растворяющее действие нефти на металлы крайне незначительно; оно усиливается при нагревании, особенно в присутствии воздуха. Нефти и нефтепродукты, содержащие значительные количества нафтеновых кислот при повышенной температуре проявляют весьма энергичное разъедающее действие по отношению к различным металлам и представляет одну из серьезных задач технологии и переработки нефти.