2 Определение основных физических свойств нефтяных фракций

2.1 Плотность

Плотностью называется масса единицы объема вещества (нефти, нефтепродукта). Единицей плотности в СИ является кг/м³.

В исследовательской практике определяется относительная плотность. Относительной плотностью называется отношение плотности нефти или нефтепродукта при 20°С к плотности дистиллированной воды (эталонного вещества) при 4°С, т. е. отношение массы нефти или нефтепро­дукта при 20°С к массе такого же объема дистиллированной воды при 4°С. Относительную плотность обозначают ρ₄²⁰. Умножив значение относительной плотности на 1000, можно получить плотность в кг/м³.

Плотность нефти и нефтепродукта зависит от температуры. С повышением температуры их плотность снижается. Зависимость плотности от температуры основана на линейном законе:

ρ₄^'= ρ₄²⁰-γ (t – 20),

где ρ₄^'- относительная плотность при температуре анализа;

ρ₄²⁰ –относительная плотность при 20⁰ С;

γ – средняя температурная поправка плотности на 1º С;

t – температура, при которой проводится анализ, ºС.

Эта зависимость строго справедлива в интервале температур от 0 до 50 ºС и для нефтей (нефтепродуктов), не содержащих большого количества твердого парафина и ароматических углеводородов.

Температурную поправку рассчитывается по формуле:

γ= 0,001828 – 0,00132ρ₄²⁰

Значения поправки γ приведены в таблице 8.

Плотности нефтей, добытых из нефтеносных пластов различного геологического возраста и соответственно с разных глубин, существенно различаются. В большинстве случаев, чем больше геологический возраст и соответственно больше глубина залегания пласта, тем нефть имеет мень­шую плотность.

Плотность является важным химмотологическим нормируемым по­казателем, определяющим эксплуатационные свойства топлив и масел. Топливо для реактивных двигателей должно иметь плотность при 20°С не более 755-840 кг/м³, для быстроходных дизелей - 830-860 кг/м³, для сред­необоротных и малооборотных двигателей - 930-970 кг/м³, для газотур­бинных установок - 935 кг/м³, для котельных установок - 955-1015 кг/м³.

Плотность ρ_t нефтепродуктов в пределах температуры t = 20 - 250 °С можно определить по формуле:

В США и Англии относительную плотность определяют при одинаковой температуре анализируемого вещества и воды, равной 15,56ºС. Относительную плотность при 20ºС в этом случае рассчитывают по формуле:

Таблица 8

Средние температурные поправки γ плотности на 1º С для нефтей и нефтепродуктов

Плотность ρ420	Поправка γ	Плотность ρ420	Поправка γ
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	0,000884	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	0,000844	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	-	-

Плотность большинства исследованных нефтей находится в пределах 830-960 кг/м³. Чем меньше плотность нефти, тем меньше в ней содержится смолисто – асфальтеновых веществ и больше алифатических соединений.

Плотность нефтей и дистиллятных фракций можно рассчитать по следующим формулам:

ρ₄²⁰=2,037 n_D²⁰-2,112 (для нефти),

ρ₄²⁰=1,9351 n_D²⁰-2,0666 (для фракции),

Зависимость для фракций рекомендуется применять, если они парафинонафтенового характера и имеют значения п_D²⁰ не больше 1,50, a ρ₄²⁰ не больше 0,88.

Для фракций, обогащенных ароматическими соединениями, справедлива зависимость:

ρ₄²⁰ =1,188 n_D²⁰-0,8875

По этой зависимости отклонения от экспериментальных значений составляют не более 4 %.

Для расчета плотности узких нефтяных фракций БашНИИНП предложена формула:

ρ₄²⁰ =2,841n_D²⁰-3,468

Из приведенных выше зависимостей для расчета плотности наибольшей точностью обладает формула БашНИИНП (отклонения от экспериментальных значений не более 0,5%).

Она включена в общесоюзную унифицированную программу исследования нефтей.

Следует иметь в виду, что расчетные методы определения свойств нефтей и нефтепродуктов менее точны, чем экспериментальные.

Это связано с тем, что математические зависимости получают на конкретном ста­тистическом материале (исследуются определенные нефти и нефтепродукты при различном числе экспериментов).

Расчетные методы необходимо применять только для ориентировочной оценки показателей свойств нефти (нефтепродукта).

Исследование новых нефтей неизвестного химического состава, должно основываться на экспериментальных методах.

Экспериментально плотность нефти (нефтепродукта) определяют одним из трех стандартных методов: ареометром (нефтеденсиметром), гидростатическими весами Вестфаля - Мора и пикнометром.

Из них наиболее быстрым является ареометрический метод, а наиболее точным – пикнометрический.

Преимуществом пикнометрического метода также является использование сравнительно малых количеств анализируемой пробы [2].