Тепловые свойства нефти

В технологических процессах сбора и подготовки продукций скважин, материальные потоки часто нагревают и охлаждают. Для ведения этих процессов, расчетов и проектирования аппаратуры необходимо знать тепловые свойства нефтей, газа и воды. К ним относятся все известные тепловые физические величины:

- теплоемкость

- теплопроводность

- энтальпия

- теплота сгорания

 

В практике обычно используют понятие удельной теплоемкости, подразумевая под этим то количество теплоты (кДж), которое необходимо для нагрева 1 кг вещества на 1 ⁰С. С повышением плотностей нефтей их теплоемкость снижается. С повышением температуры теплоемкость нефти увеличивается. Для метанового газа удельную теплоемкость можно рассчитать по формуле:

 

С_{ср(тепл)} = q/(T₂ – T₁)

 

 

q – количество тепла, затрачиваемое на нагрев 1 кг вещества от температуры Т₁ до Т₂, (Дж);

 

Удельная теплоемкость нефти существенно зависит от химического строения и состава нефти. Обычно её определяют не экспериментальным путём, а по формулам, номограммам и графикам.

Теплопроводность – это процесс передачи теплоты по средствам теплового движения молекул или атомов, и характеризует распространение тепла в различных веществах.

Теплопроводность – это количества тепла, которое проходит в единицу времени через единицу поверхности при разности температур в 1 ⁰С на единицу длины в направлении теплового потока.

Наибольшая теплопроводность у твердых нефтепродуктов, жидкие занимают промежуточное положение и наименьшее у газов и паров.

Для жидких нефтей и нефтепродуктов теплопроводность падает с повышением температуры, противоположность этому для углеводородных газов и нефтяных паров теплопроводность растёт с повышением температуры и снижается с увеличением их мольной массы.

Энтальпия.

Для жидких нефтей и нефтепродуктов под энтальпией понимают суммарное количество тепла, которое затрачивается на нагрев в единицу массы нефти и нефтепродуктов от 0 до заданной температуры. Значение энтальпии вычисляется по формулам, приводимым в справочниках в виде таблицы.

Количество тепла, выделяющееся при полном сгорании в единицу массы нефти или нефтяного топлива, называют теплотой сгорания. Это важнейшая величина, характеризующая потенциальный запас энергий в топливе. Различают высшую (Q_в) и низшую (Q_н) теплоту сгорания. Q_в отличается от Q_н на количество теплоты, которое выделяется при конденсации водяных паров, образовавшихся в процессе сгорания топлива. Обычно, в расчетах пользуются низшей теплотой сгорания, т.к. при сжигании топлива образовавшиеся водяные пары уносятся вместе с дымовыми газами. Теплоту сгорания нефти и жидких у/в определяют экспериментально (сжигают определенную навеску специальным прибором колориметром; на практике чаще всего теплоту сгорания рассчитывают по эмпирическим формулам).

 

 

Q_в = 12400 – 2100(r₁₅¹⁵)

 

Q_н= 10090 + 755r₁₅¹⁵ – 2100 r₁₅²

 

Где r₁₅^{15 и} r₁₅² – относительные плотности топлива, измеренные при 15⁰С и 2⁰С.

 

 

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

По оптическим свойствам нефтей и нефтепродуктов можно косвенно судить о содержании в них асфальто-смолистых веществ, о превалировании тех или иных групп у/в, о возрасте и происхождении нефти. К оптическим свойствам нефтей и нефтепродуктов относятся:

- цвет

- лучепреломление (рефракция)

- оптическая активность

Нефти встречаются от светло-желтого, темно-коричневого и черного цвета. Лёгкие нефти желтого цвета, средние – янтарного и тяжелые – черного цвета. Цвет нефтям придают асфальто-смолистые вещества, продукты окисления у/в и ароматические у/в. Для определения цвета используют приборы. По показателям преломления (рефракции) примерно можно судить о групповом у/в составе нефти или нефтепродуктов, а в сочетании с плотностью и молекулярным весом рассчитать структурно-групповой состав нефтяных фракций. Для нефтепродуктов показатель преломления определяют прохождением светового луча из воздуха в нефтепродукт, поэтому он всегда выше 1. Чем больше плотность, тем выше его показатель преломления.

Оптическая активность вызывается химической природой веществ и объясняется наличием в нефтях продуктов распада: холестерина и фитостерина.

Искусственные нефти не обладают оптической активностью.