CC BY
543
УДК 665.73
А. Б. ГРИГОРОВ, канд. техн. наук
Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», г. Харьков
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА НЕФТИ НА ЕЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
В статье представлены результаты изучения влияния группового и химического состава товарной нефти на ее диэлектрические свойства. Установлено, что величина диэлектрической проницаемости нефти тем выше, чем больше в ней процентное содержание темных фракций, в которых содержатся высокомолекулярные ароматические соединения.
У статті представлені результати вивчення впливу групового і хімічного складу товарної нафти на її діелектричні властивості. Встановлено, що величина діелектричної проникності нафти тим вище, чим більше в ній процентний вміст темних фракцій, у яких містяться високомолекулярні ароматичні сполуки.
Введение
Повышение оперативности и достоверности с одновременным удешевлением методов исследования фракционного состава нефти позволяет значительно расширить сырьевую базу для нефтепереработки, обосновать мощность применяемых нефтеперерабатывающих установок, рационализировать технологические схемы переработки нефти, что в конечном итоге способствует снижению стоимости готовой продукции, а также повышению ее конкурентоспособности на мировом энергетическом рынке.
Анализ публикаций
Изучение состава нефти и возможности ее переработки начало бурно развиваться только начиная со второй половины XIX столетия. Огромнейшую роль в формировании науки о составе и свойствах нефти играли фундаментальные труды Д. И. Менделеева, Л. Г. Гурвича, В. С. Наметкина, А. Ф. Добрянского и др. В Украине изучением состава нефти, усовершенствованием технологии ее добычи, подготовки и переработки занимаются научноисследовательские институты, лаборатории нефтеперерабатывающих заводов и высших учебных заведений.
В последние годы все чаще появляются публикации, в которых предлагается исследовать состав нефти и нефтепродуктов, используя параметры, характеризующие их диэлектрические свойства, например, диэлектрическую проницаемость є, что в значительной степени сокращает время анализа и материальные затраты, связанные с его проведением. Работы [1-3] посвящены изучению дисперсной структуры нефтей и жидких нефтепродуктов, посредством диэлектрической спектроскопии. Температуру застывания нефтей в работе [4] предлагается определять по изменению температурных зависимостей диэлектрической проницаемости.
Постановка задачи
Учитывая, что среди существующих методов исследования состава, свойств нефти и нефтепродуктов одним из наиболее эффективных методов является диэлектрометрия [2], потому в данной работе предпринята попытка исследования особенностей фракционного состава различных нефтей посредством этого метода, с целью его последующего применения на предварительном этапе исследования для оперативного определения возможных путей переработки исследуемой нефти.
Решение задачи
Диэлектрическая проницаемость товарных нефтей, являющихся сложными, многокомпонентными смесями углеводородов разного строения, выступает комплексной
величиной, состоящей из диэлектрической проницаемости входящих в нее компонентов (или фракций):
е = Хс.ф. ■ ес.ф. + Хт.ф. ■ ет.ф. + Х ■ ел.ф. (1)
где е* - относительная диэлектрическая проницаемость нефти после подготовки на промысле;
Xсф ,Хтф - объемная доля светлых (tкип = н.к. ^ 3500с) и темных фракций нефти (!,и„ > 3500 с) ;
ес ф , ет ф - диэлектрические проницаемости светлых и темных фракций нефти;
Хл ф - объемная доля легких фракций нефти, теряемых при определении фракционного
состава (величина находится в пределах 0,005^0,02);
ел ф - диэлектрические проницаемости легких фракций нефти теряемых при
определении фракционного состава (средняя величина ориентировочно равна 1,8700).
Оценить вклад каждого компонента, входящего в состав нефти, на ее диэлектрические свойства, возможно лишь при лабораторном исследовании нефтей по программе следующего вида:
1. Отбор проб товарных нефтей, подготовленных в соответствии с ГОСТ 9965.
2. Определение плотности нефтей (ГОСТ 3900) и их диэлектрической проницаемости (ГОСТ 6581).
3. Определение фракционного состава нефтей (ГОСТ 2177) и накапливание светлых ^кип = н к. ^ 3500 с) и темных (;кип > 3500с) фракций для дальнейшего анализа.
4. Определение диэлектрической проницаемости светлых и, по возможности, темных фракций нефти.
5. Исследование светлых фракций нефтей посредством метода газо-жидкостной хроматографии.
6. Исследование темных фракций нефтей посредством метода ИК-спектроскопии.
7. На основе полученной информации разработка научно-методических основ определения фракционного состава нефтей по диэлектрической проницаемости.
В соответствии с принятой программой были исследованы девять проб нефтей (табл. 1), относящихся к разным классам в соответствии с химической классификацией [5].
Таблица 1
Диэлектрическая проницаемость светлых фракций нефтей разных классов
Показатели Класс нефти
2-средняя 1-легкая 0-очень легкая
№1 №2 №3 №1 №2 №3 №1 №2 №3
* е 2,4585 2,4718 2,4421 2,2833 2,3061 2,3240 2,1403 2,1934 2,1129
ес.ф. 2,2518 2,2066 2,1754 2,2030 2,2331 2,2707 2,0556 2,0740 2,0148
X с.ф. 0,57 0,46 0,60 0,80 0,78 0,74 0,83 0,75 0,87
Х т.ф. 0,42 0,52 0,38 0,18 0,20 0,25 0,16 0,23 0,12
В работе [5] приведены данные, свидетельствующие о том, что 8 нефтяных фракций увеличивается с повышением их температуры кипения и удельного веса [6], а значит справедливо неравенство есф < етф .
Используя уравнение (1) и данные, приведенные в табл. 1, теоретически рассчитаем величину етф проб нефтей каждого класса:
класс 2, етф. = 2,7371, етф. = 2,7295, етф. = 2,8933;
класс 1, етф. = 2,6861, етф. = 2,6109, етф. = 2,4999; класс 0, етф. = 2,5966, етф. = 2,6344, етф. = 2,8444 .
Опираясь на результаты расчета отметим, что содержание в нефти темных фракций, выкипающих при температуре более 350 °С, во многом определяет диэлектрические свойства нефти, что необходимо учитывать при разработке методики определения фракционного состава нефтей по диэлектрической проницаемости.
Для более детального изучения влияния состава нефти на ее диэлектрические свойства ниже представим результаты газо-жидкостной хроматографии светлых фракций нефти ( табл. 2), и результаты ИК-спектроскопии ее темных фракций.
Таблица 2
Результаты хроматографического исследования ___________светлых фракций нефтей__________________________
Группы углеводородов Концентрация углеводородов, %
2-средняя 1-легкая 0-очень легкая
№1 №2 №3 №1 №2 №3 №1 №2 №3
1 8,15 19,91 17,17 9,37 9,98 11,18 9,09 8,49 8,42
2 10,51 25,07 23,45 10,81 13,16 14,51 16,78 17,80 15,44
3 12,34 6,08 8,78 4,00 4,66 6,56 16,21 21,95 18,47
4 1,98 2,47 3,33 3,10 3,34 2,77 5,34 4,56 4.38
5 27,12 14,75 18,89 22,06 20,45 22,43 18,67 13,08 16,45
При увеличении процентного содержания в светлых фракциях (табл. 2) парафиновых (группа 1, 5) и нафтеновых углеводородов (группа 2) величина есф уменьшается, а
увеличение содержания ароматических углеводородов (группы 3, 4), наоборот, увеличивает величину ес.ф..
Рассматривая состав темных фракций исследуемых проб, отметим, что на величину их ет ф влияет содержание в них высокомолекулярных ароматических соединений, чем больше
этих соединений, тем выше величина етф . Концентрацию высокомолекулярных
ароматических соединений определим посредством ИК-спектроскопии на волновом числе, равном 1602 см-1, по формуле следующего вида [7]
Д.602 - 0,0229
щ = ------------- (2)
0,0914
где л - толщина поглощающего слоя, см (л=0,001);
Д1602 - измеренная оптическая плотность.
Объемное содержание высокомолекулярных ароматических соединений в составе темных фракций нефтей равно:
класс 2, (№ 1) щ = 34,5% , (№ 2) щ = 33,7%, (№ 3) щ = 41,0%;
класс 1, (№ 1) щ = 17,6%, (№ 2) щ = 14,0% , (№ 3) щ = 9,4% ;
класс 0, (№ 1) щ = 11,3% , (№ 2) щ = 15,1%, (№ 3) щ = 21,0% .
Выводы
Таким образом, в процессе проведенных исследований установлено, что диэлектрические свойства нефти обуславливаются как процентным содержанием темных фракций, так и содержанием внихвысокомолекулярныхароматических соединений.
На базе полученных результатов в дальнейшем могут разрабатываться рекомендации по использованию диэлектрометрического метода исследования для оперативного определения
фракционного составатоварных нефтей и возможных путей их переработки.
Список литенатусе1
1. Евдокимов И.Н. Особенности электрофизических свойств жидких углеводородных
сред с повышенным содержанием смолисто-асфальтеновых веществ / И. Н. Евдокимов, Н. Ю. Елисеев // X—мев итехнологие топлиф т — ^т^0^^ ,е№р .-С.2ф-3 L
2. Сараев Д. В. Диэлектрическая спектроскопия в исследование структурной организации нефтяных дисперсных систем / Д. В. Сараев, И. В. Лунёв, Т. Н. Юсупова, М. И. Тагирзянов, М. Р. Якубов, Ю. А. Гусев, Г. В. Романов // Электронный науч ный журнал "Нефтегазовое дело", 2005.htto—Tw\wB.ogbus.m/e-thorB/Saraea/e-raeB _4.pdf .-12 с.
б.Сартев Д.В. Метод диэлеетрической спеетроскопилв исследовании диэливтрической дисперсии нефтяных мас_л / Д.В.Сараот,И.Ф.Лунее, Л. И.Гафсросо,Т. Н. Юстпова,Ю.А. Гусев,Г.В.Ро—ннотОО Р^^р^т1и^И^^ис^ипаи^^ке мо_внулярных с_сттм. — 200Х.-—ыпуск X. -Часть 0. - С.- 1--50—I/O.
K Коок-еа XB• Е. Новл:е методх1 определения температуры застывания нефтей / З. Е. Курко вв, Р. ПО———нсу ро в, — М. ..(——■ С/ Сб.науч.тр. Г^е^тО^пг^ы хомги оефти.. Ноифсн бирс к:
наук0,сиб. ОтХ. рюз-кст.- с.- 128-т.
И.Оюняев З.И. Химия ^^(J)tS0. И.Сюнянв. -Л.с «Хлмия», 1984. - 360 с.
6. Налт-е—св Х] А.МикрибОЛРОхынюетеды тнтенсификациидобхгти нефти / В. А. Балакир е-, Т. В. Сотнишв, Ю. В. Ткат, е. Ю. Яет——о // Эбеоитимогнитнысовления.-ТОе 1,— №
2-6)-Т.е - Г.. _5Н-бОВ.
7. К^ицына ЛД. А.Применение УФ, ИК, ЯМР и масс-спектроскопии в органической химии / Л. А.Касо-ына, Н. Б. Куплетсеая. - Мр Изд-то Мтск. -..та, С90С-В4Т —.
INFLUENCE OF STRUCTURE OF OIL ON ITS DIELECTRICAL PROPERTIES
A. B. GRIGOROV, Cand. Tech. Sci.
In article results of studying of influencegroupandachemicalcompound of commodityoil on its dielectric properties aresubmitted.lt isestablished that the moreprrceatagrofthedarh fractions which contain aigh-molraular aeometea eaecectione is tn the oil the more size of dielecdric perme-abtniCrede oil has.
ПсиФупсгг т .еда-цсю ТВ.ТВ ЛТ11 й
